《稳固结构的探析》课件

稳稳 固固 结结 构构 的的 探探 究究技技 术术 与与 设设 计计 2 21各种各各种各样样的的结结构构2埃菲埃菲尔尔铁铁塔塔3技技 术术 与与 设设 计计 2 22010年年8月月7日甘日甘肃肃舟曲舟曲县发县发生灾生灾难难性泥石流性泥石流4技技 术术 与与 设设 计计 2 2不堪重不堪重负负的拖拉机在的拖拉机在转转弯弯处处翻到翻到562、意、意义义：结结构的构的重重要性要性质质之一。如之一。如果一个果一个结结构不能构不能有有效的抵御效的抵御常常见见的外的外力的作用，那么力的作用，那么该该结结构是很构是很难难承受承受负负载载而而保持原有的平保持原有的平衡状衡状态态，最，最终终导导致致结结构遭受破坏。构遭受破坏。34一、结构的稳定性：一、结构的稳定性：1、定、定义义：结结构构在在负载负载的作用下的作用下维维持其原有平衡持其原有平衡状状态态的能力。的能力。756二、奇特二、奇特结结构欣构欣赏赏：不倒翁是一种形状不倒翁是一种形状像人而在造形和重像人而在造形和重量上制成一量上制成一经经触触动动就就摇摆摇摆然后恢复直然后恢复直立状立状态态的玩具，具的玩具，具有很有很强强的的稳稳定性。定性。8 它是意大利比萨城它是意大利比萨城大教堂的独立式钟大教堂的独立式钟楼，从楼，从1174年始建年始建1350年竣工，经历年竣工，经历了了176年。但由于塔年。但由于塔身过重，地质松软，身过重，地质松软，因此塔身仍以每年因此塔身仍以每年125毫米的速度向毫米的速度向南倾斜，但至今仍南倾斜，但至今仍然斜而不倒。然斜而不倒。789910三、探究三、探究试验试验：1、探究活、探究活动动一：一：金属构件和塑料构金属构件和塑料构件的件的组组合体合体结论结论1：重心位置的高重心位置的高低低对结对结构的构的稳稳定性有影响定性有影响重心重心10112、探究活、探究活动动二：二：人字梯的使用人字梯的使用结论结论2：结结构的形状构的形状影响影响结结构构的的稳稳定性定性12鸟鸟巢外巢外观结观结构构图图：13钢性大桥的结构性状钢性大桥的结构性状14153、探究活、探究活动动三：三：桌子的桌子的稳稳定性一定性一组试验组试验结论结论3：结结构与地面接构与地面接触所形成的触所形成的支撑面的大支撑面的大小影响小影响结结构构的的稳稳定性定性16提示：注意接触面与支撑面的区分。提示：注意接触面与支撑面的区分。结结构的支撑面构的支撑面结结构的接触面构的接触面17 问题问题：你是如何理解你是如何理解支撑面支撑面和和接触面接触面的呢？的呢？请请你你说说图说说图13中那个椅子中那个椅子最最稳稳定？定？对对支撑面而言，支撑面而言，说说说说在在图图13中那个最大中那个最大那个最小？那个最小？图图1图图2图图318返回返回19为什么大坝的横截面总是建成梯形？为什么大坝的横截面总是建成梯形？大坝需要承受很大的力的作用，如大坝需要承受很大的力的作用，如自身的重力，水的冲击力、压力等等，自身的重力，水的冲击力、压力等等，要起到防洪的作用，大坝必须要求非常要起到防洪的作用，大坝必须要求非常稳固。大坝建成梯形，增大了与地面接稳固。大坝建成梯形，增大了与地面接触所形成的支撑面，支撑面越大越坚实，触所形成的支撑面，支撑面越大越坚实，稳定性就越好。稳定性就越好。204、探究活、探究活动动四：四：砝砝码码位置与位置与稳稳定定性的关系性的关系结论结论4：对对于一于一个个结结构而言，构而言，如果重心所在如果重心所在的垂的垂线线落在落在结结构底面范构底面范围围内，内，就是就是稳稳定的。定的。21结结构构稳稳定定的的基基本本条条件件重心所在点的垂线落在结构底面的范围内重心所在点的垂线落在结构底面的范围内2223试验总结试验总结：影响影响结结构构稳稳定性的主定性的主要因素：要因素：一、一、结结构的重心位置的构的重心位置的高低（低高低（低稳稳）三、三、结结构与接触面接构与接触面接触形成的支持面得大触形成的支持面得大小（大小（大稳稳）二、二、结结构本身的形状构本身的形状（三角形）（三角形）结结构构稳稳定性的基本定性的基本条件：条件：重心所在点的重心所在点的垂垂线线落在落在结结构构底面的范底面的范围围内内24 分析不同垒法的墙的稳定性，当施加同样的分析不同垒法的墙的稳定性，当施加同样的力时，哪种垒法的墙不容易倾倒？你认为最好的力时，哪种垒法的墙不容易倾倒？你认为最好的垒法是什么？垒法是什么？25讨论讨论与分析：与分析：我我们们在在设计设计中尽可能的增加中尽可能的增加结结构构的的稳稳定性，那么凡是不定性，那么凡是不稳稳定的定的结结构构设设计计都都应该应该放弃放弃吗吗？1、倒置的啤酒瓶可以、倒置的啤酒瓶可以预报预报地震。地震。2、在打水的桶口扣一重物，在、在打水的桶口扣一重物，在井里能自井里能自动动翻倒打水翻倒打水26探究探究 静止停放的自行静止停放的自行车车要有三个支撑要有三个支撑点才能点才能稳稳定，而不会倒下；但是，定，而不会倒下；但是，自行自行车车在在骑骑起来起来时时，却只有两个支，却只有两个支撑点，撑点，为为什么却不会倒下？什么却不会倒下？27 生活中有这样的情况，人坐在一只小板凳上，用生活中有这样的情况，人坐在一只小板凳上，用力摇几下，板凳就坏了，人也摔倒在地上。人踩在窗力摇几下，板凳就坏了，人也摔倒在地上。人踩在窗户的防盗网上擦玻璃，防盗网合金条的焊接处断裂，户的防盗网上擦玻璃，防盗网合金条的焊接处断裂，险些酿成大祸。险些酿成大祸。28什么是结构的强度？什么是结构的强度？什么是结构的强度？什么是结构的强度？结构的强度：结构具有的抵抗被外力破坏的能力。结构的强度：结构具有的抵抗被外力破坏的能力。抗抗压压强强度、抗拉度、抗拉强强度、抗弯度、抗弯强强度度2930强度与稳定性的联系与区别：强度与稳定性的联系与区别：稳定性是研究物体的保持平衡状态稳定性是研究物体的保持平衡状态 的能力，强度是研究不被外力破坏的能的能力，强度是研究不被外力破坏的能力。力。应力和强度的关系：应力和强度的关系：用应力来衡量强度用应力来衡量强度 31 应力是构件的单位横截面上所产生的内应力是构件的单位横截面上所产生的内力。力。当应力达到某一极限值时当应力达到某一极限值时,结构就会遭到结构就会遭到破坏。破坏。F 内力，当一个内力，当一个结结构受到外力作用构受到外力作用时时，内，内部各部各质质点之点之间间的相互作用会的相互作用会发发生改生改变变，产产生一种抵生一种抵抗的力。抗的力。S 受力面受力面积积 应应力力 =F/s3233三角形形状三角形形状 三角形是框架结构中最基本的形状之一三角形是框架结构中最基本的形状之一,它结它结实、稳定、所用材料最少。实、稳定、所用材料最少。34结构强度与什么因素有关？结构强度与什么因素有关？探究一探究一：宽度厚度相同的纸条与钢条的抗宽度厚度相同的纸条与钢条的抗弯弯 或抗扭强度一样吗？或抗扭强度一样吗？结论结论1 1：结构的强度与结构的强度与材料材料有关。有关。混泥土擅长混泥土擅长抗压抗压力，而钢筋擅长力，而钢筋擅长抗拉抗拉力力35探究二探究二 不同截面形状的构件不同截面形状的构件做成的梁的抗弯做成的梁的抗弯强强度度采用不同采用不同连连接方式的构架的抗接方式的构架的抗压压强强度度探究探究活活动动探究三探究三36小实验：小实验：测试用不同截面形状的构件做成测试用不同截面形状的构件做成的悬梁的强度的悬梁的强度在所有构件梁中，一在所有构件梁中，一字形的字形的强强度是最弱的；度是最弱的；U形梁的形梁的强强度最大；度最大；L形梁的形梁的强强度介于中度介于中间间。37结构的形状：结构的形状：外部形状外部形状：三角形、拱形等三角形、拱形等；截面形状截面形状：工字形、十字形、长方工字形、十字形、长方形、形、L形、圆形、形、圆形、U形。形。38不同形状的不同形状的不同形状的不同形状的结结结结构在生活中的构在生活中的构在生活中的构在生活中的应应应应用用用用3940蜂蜂窝窝构造的构造的应应用用塑性材料，防塑性材料，防挤压挤压、冲撞，、冲撞，做包装填充物。做包装填充物。应应用用于于高高层层建建筑筑的的外外墙墙上上，具具有有高高强强的的抗抗挠挠曲曲能能力力，而而且且质质轻轻，刚刚度度大大、板板面面平平整整度度好好，更更具具有有良良好好的的隔隔音音、隔隔热热、防防震震、防防火火作作用用，实实为为一一种种优优良良的的节节能能环环保保建建筑筑装装饰饰材材料料41工字形截面工字形截面圆形截面：圆形截面：42连连接方式接方式铰连铰连接接刚连刚连接接应应用用43铰连接铰连接刚连接刚连接44（1）对一个用一个用4根小木条根小木条钉成的相片成的相片框框,使它更牢固的做法是什么使它更牢固的做法是什么?（2）在自行在自行车各部件之各部件之间的的连接中接中,三角架属于三角架属于_连接；刹接；刹车连杆之杆之间属于属于_连接；接；辐条与条与钢圈之圈之间属于属于_连接。接。马上行动马上行动可用直角铁片固定在连接处的背面。可用直角铁片固定在连接处的背面。刚连接；刚连接；铰连接铰连接铰连接。铰连接。45（3）比）比较左左图中同一中同一结构的几种构的几种连接方式接方式,请预言言哪种哪种连接方式的接方式的强强度更好。度更好。左边的左边的榫卯连接榫卯连接的强度最大，上下、左右、前的强度最大，上下、左右、前后各方向都被牢牢固定住，所以强度最大。中间后各方向都被牢牢固定住，所以强度最大。中间的连接方式强度最小，钉子是从侧面钉进去的，的连接方式强度最小，钉子是从侧面钉进去的，中间的横梁不能承受较重物体的压力，所以强度中间的横梁不能承受较重物体的压力，所以强度最小。最小。46影响结构强度的几个主要因素影响结构强度的几个主要因素结构的形状结构的形状使用的材料使用的材料构件之间的连接方式构件之间的连接方式结构外部形状结构外部形状结构的构件截面形状结构的构件截面形状铰连接铰连接刚连接刚连接47实实践践活活动动48实实实实践活践活践活践活动动动动49实实实实践活践活践活践活动动动动茅草房框架的搭建流程茅草房框架的搭建流程立柱立柱搭梁搭梁搭椽子搭椽子搭搭檩檩条条50思考与讨论：思考与讨论：为为什么什么矿矿泉泉水瓶表面上水瓶表面上有若干凸起有若干凸起的横向的横向纹纹路，路，它的作用是它的作用是什么什么?51结构与功能结构与功能:结构不仅是事物存在的一种形结构不仅是事物存在的一种形式，而且对事物的功能和作用产生式，而且对事物的功能和作用产生着直接的影响，结构的改变可能导着直接的影响，结构的改变可能导致功能的变化。致功能的变化。52结构与功能：结结构改构改变变功能改功能改变变5354555657585960小结小结小结小结一、结构的稳定性一、结构的稳定性一、结构的稳定性一、结构的稳定性影响结构稳定性的三个因素：影响结构稳定性的三个因素：影响结构稳定性的三个因素：影响结构稳定性的三个因素：重心位置、重心位置、重心位置、重心位置、支撑面积的大小和结构的形状支撑面积的大小和结构的形状支撑面积的大小和结构的形状支撑面积的大小和结构的形状二、结构的强度二、结构的强度二、结构的强度二、结构的强度影响结构强度的三因素：影响结构强度的三因素：影响结构强度的三因素：影响结构强度的三因素：结构的形状、结结构的形状、结结构的形状、结结构的形状、结构的材料与连接构的材料与连接构的材料与连接构的材料与连接三、结构与功能三、结构与功能三、结构与功能三、结构与功能61设计分析题：设计分析题：1.高二（高二（1）班李明同学在教室）班李明同学在教室 里布置了一些花草，他把直杆里布置了一些花草，他把直杆AB的的一端固定在墙上将吊兰挂起来，如右一端固定在墙上将吊兰挂起来，如右图所示。图所示。（1）结构受力的五种基本形式有弯曲）结构受力的五种基本形式有弯曲力、扭转力、压力、拉力和剪切力。力、扭转力、压力、拉力和剪切力。请说出请说出AB杆的主要受力形式。杆的主要受力形式。答案：AB杆主要受力形式是弯曲力和拉力。（2）简述这个结构存在的缺陷。缺陷是：AB杆容易弯曲变形。62（3）在不改变杆的固定点）在不改变杆的固定点A和悬挂点和悬挂点B的前提下，的前提下，你对这个结构有什么改进建议？请用一句话说你对这个结构有什么改进建议？请用一句话说明并在原图上直接标注。明并在原图上直接标注。建议：要使横杆AB稳定，必须用绳CB或撑杆DB拉紧、固定或用绳CB和撑杆DB同时拉紧、固定。（见下图）ABCABDABDC方案1：方案2：方案3：63 例例3 如图所示是某厂家生产的塑料凳，很多客户反如图所示是某厂家生产的塑料凳，很多客户反映凳脚映凳脚强度不足强度不足，容易变形或断裂。针对这个问题，容易变形或断裂。针对这个问题，请根据所学的结构方面知识，就提高凳脚强度给厂家请根据所学的结构方面知识，就提高凳脚强度给厂家提三点合理的建议。提三点合理的建议。6分分 参考答案与评分标准：参考答案与评分标准：1、改变凳脚截面形状。、改变凳脚截面形状。（或将截面形状增加凹槽凸起）（或将截面形状增加凹槽凸起）2、改变凳脚所用材料。、改变凳脚所用材料。（或采用强度更高的塑料）（或采用强度更高的塑料）3、增加凳脚用料。、增加凳脚用料。（或提高凳脚的厚度）（或提高凳脚的厚度）4、在相邻凳脚间增加横档。、在相邻凳脚间增加横档。（或斜撑）（或斜撑）64