資源簡介

(共40張PPT)
第二節 探究結構
第一章 結構與設計
www.jxjyzy.com
慘痛的教訓
2008年5月12日14時，汶川、北川等地，8級強震猝然襲來，大地顫抖，山河移位，滿目瘡痍，生離死別……這是新中國成立以來破壞性最強、波及范圍最大的一次地震。
據民政部報告，截至6月11日12時，四川汶川地震已確認69225人遇難，374640人受傷，失蹤17939人。
www.jxjyzy.comwww.jxjyzy.com
智利奇跡
2010年2月7日，智利發生8.8級地震。據專家
認定：智利地震比汶川地震的破壞力要強10多倍。
死亡人數不到1000人。
馬塔大使解釋說:1.智利位于地震帶中央，因此有
著長期抗擊地震的經驗；2.這次地震損失較小，
有震中離人口密集地區較遠等原因；3.但是，絕
無豆腐渣工程，是智利奇跡的一個重要原因。這
一次甚至在震中的地區，高層建筑都是完好的。
智利奇跡說明，天災固然可怕，避免人禍是可以
創造奇跡的。
www.jxjyzy.comwww.jxjyzy.com
影響結構穩固的因素有那些？
倒也…
倒也…
塌了…
塌了…
www.jxjyzy.comwww.jxjyzy.com
一、結構的穩定性
1．結構的穩定性：
——結構在荷載的作用下維持其原有的平衡形式的能力。
www.jxjyzy.comwww.jxjyzy.com
高塔為什么一般上面很小，下端面積很大？
啤酒瓶正立、倒立放置，哪種放置容易翻倒？
觀察與思考：
www.jxjyzy.comwww.jxjyzy.com
結構的穩定性與哪些因素有關呢？
2．影響結構穩定性的主要因素：
活動1： 人字梯
第一步：觀察人字梯結構，并測試其穩定性；
第二步：在人字梯的上安裝拉桿，再將梯子豎立起來，測試梯子的穩定性。
不穩定
穩定
結論1：
結構的穩定性與結構的幾何形狀有關(三角形結構使支架更容易穩定)。
www.jxjyzy.comwww.jxjyzy.com
☆ ．知識窗——三角形的穩定性
三角形構成穩定的幾何結構——在建筑工程中被廣泛運用。比如：房子、橋梁的桁架大多都是由多個三角形構成的。
天津南開區的“進步橋” 主桁架，呈倒三角結構。
陽臺上的曬衣架。
www.jxjyzy.comwww.jxjyzy.com
應用
照相機的支撐架為什么常使
用三腳架而不用其他形狀？
靜止狀態的單車如何保持穩定
www.jxjyzy.comwww.jxjyzy.com
活動2： 搭桌子
第一步：分別搭建桌子A B C，設計試驗方案，比較三者穩定性；
A
B
C
第二步：觀察并分析A－B－C桌子的變化；
結論2：結構的穩定性與結構和地面接觸所形成的支撐面的大小有關。
2．影響結構穩定性的主要因素：
www.jxjyzy.comwww.jxjyzy.com
想一想：
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。
www.jxjyzy.comwww.jxjyzy.com
注意：
支撐面≠接觸面。
接觸面：是物體與地面接觸形成的面。
支撐面：是物體與地面接觸形成支撐點的 連線與地面構成的面。
www.jxjyzy.comwww.jxjyzy.com
活動3： 不倒翁
第一步：觀察不倒翁并思考為什么它不會倒地？
第二步：思考通過改變什么可以使不倒翁倒地？
結論3：結構的穩定性與重心位置的高低有關。
2．影響結構穩定性的主要因素：
www.jxjyzy.comwww.jxjyzy.com
◆．比薩斜塔為何斜而不倒？
意大利
結論4：對于一個結構而言，如果重心所在的垂線落在結構底面范圍內，就是穩定的。
www.jxjyzy.comwww.jxjyzy.com
遼寧瑞州古塔，現存塔身高10米，塔身向東北方向傾斜12度，塔尖水平位移1.7米。該塔建成之后雖幾經地震與洪水破壞，卻始終斜而不倒，堪稱奇跡。
小資料：中國的斜塔
G
www.jxjyzy.comwww.jxjyzy.com
總結
結構的穩定性與什么因素有關？
穩定性
支撐面積
幾何形狀
重心位置
支撐面積越大，穩定性越好。
結構的整體幾何結構必須科學合理
重心越低，其穩定性越好
重心所在的垂線落在結構底面范圍內
影響結構穩定性的各個因素是相互關聯的，對
于具體結構的穩定性的分析要綜合考慮各種因素。
www.jxjyzy.comwww.jxjyzy.com
學以致用：如果你是設計師
討論：為學校設計一個籃球架。從結構的穩定性的角度考慮,你應該注重哪些方面的設計？
底座？
籃框？
形狀？
www.jxjyzy.comwww.jxjyzy.com
逆向思維
三星堆出土的陶器
猜猜它們是做什么用的？
討論：我們現實生活中有沒有利用結構的不穩定來工作的工具。
www.jxjyzy.comwww.jxjyzy.com
拓展：不穩定結構的利用
地動儀的工作原理
請同學們分析為什么不能從相反方向跨越欄桿？
F
O
G
L
h
www.jxjyzy.com二、結構的強度
（一）基本概念
1、內力：構件在外力作用下會變形，同時構件內部各質點之間的相互作用力發生了改變，這種作用力的改變稱作內力。
2、應力：構件單位截面面積上所受的內力。
σ = N/A
σ——應力，N——內力，A——截面面積
3、強度：構件和材料抵抗破壞的能力。
4、應力和強度的關系：用應力來衡量強度應力應力小，變形就小，抗變形能力就大。
（二） 影響結構強度的幾個主要因素
結構的形狀
使用的材料
構件之間的連接方式
結構外部形狀
結構的橫截面形狀
鉸連接
剛連接
1、使用的材料
①結構的強度與材料有關
紙杯
鋼杯
塑料杯
②混凝土材料
使用鋼筋混凝土結構的好處是什么？
混凝土抗壓性能較好，而抗拉能力就比鋼筋要小得多。因此在制造時可在梁的受拉區放置鋼筋，組成鋼筋混凝土梁，在這種梁中，鋼筋受拉，混凝土受壓，它們合理組成一個整體，共同承擔載荷的作用。
2、結構的形狀:
注意：結構形狀對強度的影響有兩點，一是結構的外部形狀，二是結構的橫截面形狀。
三角形結構結實、穩定，所用材料最少。
A字形梯不采用鋁合金薄片，而采用長方形截面的構件。說明構件截面的形狀影響著結構的強度。
相同材料，相同截面積，不同截面形狀的構件強度不同。
幾種不同截面形狀的構件型材在相同結構強度的情況下，具有用料少，質量輕等優點，被廣泛應用。
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。
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、鉚接、螺接等。
結構構件的連接通常有以下兩類：
3、構件之間的連接方式：
結構的連接是指通過一定的連接物將構件組成整體結構。
鉸接
傘骨間的連接
鉚接
金屬框架連接
不易焊接鋁板連接
螺栓和螺母
榫接
榫接
膠接
黏接
金屬材料與其他材料的聯接，
有間隙存在的金屬件之間的連接，補修金屬件的破損
焊接
錫焊
電焊
氣焊
焊接電路板電子元件
連接銅（鐵）材料的小型件
連接承受強度較大金屬件
連接受力大金屬件
自行車車架的連接
坍塌前的彩虹橋
彩虹橋坍塌后的慘狀
坍塌原因：彩虹橋的主要受力拱架鋼管焊接不合格，存在嚴重缺陷，個別焊縫有陳舊裂痕。
構件連接處的強度是影響整個結構強度和穩定性的重要因素。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。
從材料形狀方面考慮，吊蘭用的是三角形支架而不是其它形狀是因為三角形結構結實、穩定，所用材料最少。
從材料方面考慮，吊蘭的三角形支架使用的是鋼管而不是木條或塑料，是因為鋼管抗拉性能好。
從連接方式考慮，吊蘭的三角形支架的構件是焊接的而不是捆綁的，是因為這種連接方式更牢固。
吊蘭支撐架的強度
結構的變化可能導致功能的變化
三、結構與功能
雨傘與拐杖
一把撐開的雨傘，是通過傘的骨架和傘面的受力以實現遮風擋雨功能的，而收起的傘則可以通過傘的主干骨受力實現拐杖的功能。
3、強度與穩定性的聯系與區別：
穩定性是研究物體的保持平衡狀態的能力，強度是研究不被外力破壞的能力。
4、應力和強度的關系：用應力來衡量強度。應力小，變形就小，抗變形能力就大。
5、內力：構件在外力作用下會變形，同時構件內部各質點之間的相互作用力發生了改變，這種作用力的改變稱作內力。
6、應力：構件單位截面面積上所受的內力。
σ = N/A
σ——應力，N——內力，A——橫截面積
鞏固測試：
1、我們常用的A形梯不直接采用鋁合金片，而用長方形截面的鋁合金構件，這說明影響結構強度的是（ ）
A.構件截面的形狀 B.材料
C.重心的高低 D.連接方式
2、空調的外機支架通常采用三角形結構，而不用一根直桿挑起的結構，這說明以下哪個因素影響著結構強度（ ）
A.材料 B.形狀
C.構件 D.連接方式
3、分別在一根竹竿和一根同樣尺寸的脆性塑料桿上不斷加掛相同質量的重物，竹竿比脆性塑料桿能掛更多重物而不會斷裂，這可表明下列那項影響結構的強度 （ ）
A.材料 B.結構的形狀
C.構件橫截面形狀 D.構件的連接方式
A
B
A
4、房子、橋梁的衍架大多數是由多個三角形構成的。這是運用了三角形的什么原理 （ ）
A.三角形簡單 B.三角形美觀
C.三角形用料少 D.三角形穩定
5、2010年高考題： 結構的形狀會影響其強度和穩定性。下列水庫壩體結構抵抗水作用最強的是（ ）
D
C

展開更多......

收起↑