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第二節 探究結構
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重慶重慶彩虹橋事件
哪到底什么樣的結構是穩定的，
什么樣的結構又是不穩定的？
一、結構與穩定性
1、結構的穩定性
——結構在負載的作用下維持其原有平衡狀態
的能力。
三角形的穩定性
A字形梯為什么載人時能夠保持穩定？如果沒有梯子中間的拉桿將會怎么樣？
一般情況下，梯子打開的時候，梯面與地面組成三角形，梯子本身就能站得穩。當連接兩個梯面的橫桿拉直時，兩個梯面的上半部分就與橫桿構成了穩定的三角形，這就進一步加強了梯子的穩定性，保證梯子能承受人體的壓力。如果沒有梯子中間的拉桿，載人時就不能保持穩定。
[探究一]：不倒翁為什么不倒？
不倒翁為什么會不倒？如果在它脖子上掛上一定數量的鐵環，它還會不倒嗎 ？
不倒翁的重心很低，就在它與地面的接觸點上，所以不倒，如果往它的脖子掛上鐵環，它的重心位置升高了，當鐵環達到一定數量時，不倒翁就不在是不倒翁了。
仔細觀察它們有何特點
比薩斜塔
它從1174年始建，1350年竣工，經歷了176年。但由于塔身過重，地質松軟，因此塔身仍以每年1．25毫米的速度向南傾斜。到1999年1月，塔頂比中軸線偏斜已達4．8米。意大利當局為了拯救斜塔，已向全世界廣泛征求保護方案，同時在塔的北側加壓了830噸的鉛塊，并在塔身的三分之一處加了一圈銅纜，向北牽拉固定。不過斜有斜的好處，每天為“斜”而來的參觀者多達10余萬人，扔下大把大把的銀子。如果它是一座正塔，比薩就不會有今天的風光，也就不會有這么多便宜可占了。
對于一個結構而言，如果重心所在點的垂線落在結構地面的范圍內，就是穩定的，不會出現傾倒。
重心點的垂線位置，落在結構底面的范圍內
[結論]：
上述例子讓我們得出什么結論？
重心的高低影響結構的穩定性。
重心越低,穩定性越好;重心越高,穩定性越差。
大 壩
大壩需要承受很大的力的作用，如自身的重力，水的沖擊力、壓力等等，要起到防洪的作用，大壩必須要求非常穩固。大壩建成梯形，增大了與地面接觸所形成的支撐面，支撐面越大越堅實，穩定性就越好。
課桌椅
為什么許多課桌椅的支撐腳要做成往外傾斜？這是為了進一步增大與地面接觸所形成的支撐面積，增加穩定性。
木雕圓桌、圓凳 受地面積大 擺放穩定
[結論]：
結構與地面接觸所形成的支撐面的大小影響結構的穩定性。
支撐面越大越穩定，越小越不穩定。
接觸面
支撐面
（區別支撐面和接觸面）
[探究三]：怎樣讓一本書更好地直立在桌面上？
[得出結論]：
書的直立讓我們得出什么結論呢？
結構或構件的形狀影響其穩定性。
[鏈接生活現象]：
請同學們想一想生活中有哪些事例是運用改變結構形狀來增加穩定性？
[總結]：
影響結構穩定性的主要因素：
1、重心位置的高低
2、結構與地面接觸所形成的支撐面的大小
3、結構的形狀
結構的強度是指結構具有抵抗被外力破壞的能力.
海嘯
大壩
二、結構與強度
拔河
繩子的強度
汶川地震
唐山地震
結構的強度
構件具有的抵抗被外力破壞的能力。
從強度角度看，外力越大，構件內力也隨之越大，構件被破壞的危險就越大。在外力與材料不變的條件下，構件被破壞的危險程度還與它的截面面積有關。
應力計算公式：
σ＝N / A
單位：σ（ Pa ）應力
N（ N ） 內力
A（ m2 ）橫截面積
截面
截面
P
G
P
G
截面
N
由公式可知：在內力不變的情況下，構件的截面積越大，應力越小，危險性就越小。
同截面垂直的應力稱為正應力或反響應力，同截面相切的應力稱為剪應力或切應力（P14）。
強度與 材料
不同材料構成的結構，其強度各不相同。有抗拉力、壓力、剪切力和扭曲力性能的，所以在不同結構不同要求中，選擇不同特性的材料。
梁的示意圖
壓力
拉力
跳板材料
結構形狀
結構的強度不僅與材料有關，而且與所用材料本身的形狀有關
A.不同橫截面形狀的構件所能承受力的程度是不一 樣的。
B.結構的外形相同，構件的截面不同，其強度不一樣。
C.相同材料，相同截面積，不同截面形狀的構件強度不同。
三角形是框架結構最基本的形狀之一，結實、穩定、材料最少。在四邊形、六邊形構件中，加上三角形支撐件，就可大大增加構件的牢固程度。“工”字型金屬材料也被廣泛應用于建筑中。
1）鉸連接：被連接的構件在連接處不能相對移動，但可相對轉動，具體有松螺栓、松鉚等。
三、結構的連接方式
2）剛連接：被連接的構件在連接處既不能相對移動，也不能相對轉動，具體有榫接、膠接、焊接、固定鉚接等。
榫接
膠接
焊接
榫接
比較左圖中同一結構的幾種連接方式,請預言哪種連接方式的強度更好。
構件連接處的強度是影響整個結構強度和穩定的重要因素，而構件連接處的強度取決于它的連接方式、連接技術和連接處的牢固程度等。
小結
一、結構的穩定性
影響結構穩定性的三個因素：重心位置、支撐面積的大小和結構的形狀
二、結構的強度
影響結構強度的三因素：結構的形狀、結構的材料與連接
三、結構與連接

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