穩(wěn)固結(jié)構(gòu)的探析

1、穩(wěn)穩(wěn) 固固 結(jié)結(jié) 構(gòu)構(gòu) 的的 探探 究究技技 術(shù)術(shù) 與與 設(shè)設(shè) 計計 2 2各種各樣的結(jié)構(gòu)各種各樣的結(jié)構(gòu)埃菲爾鐵塔埃菲爾鐵塔技技 術(shù)術(shù) 與與 設(shè)設(shè) 計計 2 22010年年8月月7日甘肅舟曲縣發(fā)生災(zāi)難性泥石流日甘肅舟曲縣發(fā)生災(zāi)難性泥石流技技 術(shù)術(shù) 與與 設(shè)設(shè) 計計 2 2不堪重負(fù)的拖拉機(jī)在轉(zhuǎn)彎處翻到不堪重負(fù)的拖拉機(jī)在轉(zhuǎn)彎處翻到2、意義：結(jié)構(gòu)的、意義：結(jié)構(gòu)的重要性質(zhì)重要性質(zhì)之一。如之一。如果一個結(jié)構(gòu)不能果一個結(jié)構(gòu)不能有有效的抵御效的抵御常見的外常見的外力的作用，那么該力的作用，那么該結(jié)構(gòu)是很難承受負(fù)結(jié)構(gòu)是很難承受負(fù)載而載而保持原有的平保持原有的平衡狀態(tài)，最終衡狀態(tài)，最終導(dǎo)致導(dǎo)致結(jié)構(gòu)遭受破壞。結(jié)構(gòu)

2、遭受破壞。34一、結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性：一、結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性：1、定義：結(jié)構(gòu)、定義：結(jié)構(gòu)在在的作用下的作用下56二、奇特結(jié)構(gòu)欣賞：二、奇特結(jié)構(gòu)欣賞：不倒翁是一種形狀不倒翁是一種形狀像人而在造形和重像人而在造形和重量上制成一經(jīng)觸動量上制成一經(jīng)觸動就搖擺然后恢復(fù)直就搖擺然后恢復(fù)直立狀態(tài)的玩具，具立狀態(tài)的玩具，具有很強(qiáng)的穩(wěn)定性。有很強(qiáng)的穩(wěn)定性。 它是意大利比薩城它是意大利比薩城大教堂的獨(dú)立式鐘大教堂的獨(dú)立式鐘樓，從樓，從1174年始建年始建1350年竣工，經(jīng)歷年竣工，經(jīng)歷了了176年。但由于年。但由于塔身過重，地質(zhì)松塔身過重，地質(zhì)松軟，因此塔身仍以軟，因此塔身仍以每年每年125毫米的毫米的速度向南傾斜，但速度向

3、南傾斜，但至今仍然斜而不倒。至今仍然斜而不倒。78910三、探究試驗(yàn)：三、探究試驗(yàn)：1、探究活動一：、探究活動一：金屬構(gòu)件和塑料構(gòu)金屬構(gòu)件和塑料構(gòu)件的組合體件的組合體結(jié)論結(jié)論1：重心位置的高重心位置的高低對結(jié)構(gòu)的穩(wěn)低對結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性有影響定性有影響重心重心2、探究活動二：、探究活動二：人字梯的使用人字梯的使用結(jié)論結(jié)論2：結(jié)結(jié)構(gòu)的形狀構(gòu)的形狀影響結(jié)構(gòu)影響結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性的穩(wěn)定性鋼性大橋的結(jié)構(gòu)性狀鋼性大橋的結(jié)構(gòu)性狀3、探究活動三：、探究活動三：桌子的穩(wěn)定性一桌子的穩(wěn)定性一組試驗(yàn)組試驗(yàn)結(jié)論結(jié)論3：結(jié)結(jié)構(gòu)與地面接構(gòu)與地面接觸所形成的觸所形成的支撐面的大支撐面的大小影響結(jié)構(gòu)小影響結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性的穩(wěn)定性提示：注意

4、接觸面與支撐面的區(qū)分。提示：注意接觸面與支撐面的區(qū)分。結(jié)構(gòu)的支撐面結(jié)構(gòu)的支撐面結(jié)構(gòu)的接觸面結(jié)構(gòu)的接觸面 問題：問題：你是如何理解你是如何理解支撐面支撐面和和接觸面接觸面的呢？請的呢？請你說說圖你說說圖13中那個椅子中那個椅子最穩(wěn)定？對支撐面而言，最穩(wěn)定？對支撐面而言，說說在圖說說在圖13中那個最大中那個最大那個最??？那個最小？圖圖1圖圖2圖圖3返回返回為什么大壩的橫截面總是建成梯形？為什么大壩的橫截面總是建成梯形？ 大壩需要承受很大的力的作用，如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，自身的重力，水的沖擊力、壓力等等，要起到防洪的作用，大壩必須要求非常要起到防洪的作用，

5、大壩必須要求非常穩(wěn)固。大壩建成梯形，增大了與地面接穩(wěn)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(shí)，觸所形成的支撐面，支撐面越大越堅實(shí)，穩(wěn)定性就越好。穩(wěn)定性就越好。4、探究活動四：、探究活動四：砝碼位置與穩(wěn)定砝碼位置與穩(wěn)定性的關(guān)系性的關(guān)系結(jié)論結(jié)論4：對于一：對于一個結(jié)構(gòu)而言，個結(jié)構(gòu)而言，如果重心所在如果重心所在的垂線落在結(jié)的垂線落在結(jié)構(gòu)底面范圍內(nèi)，構(gòu)底面范圍內(nèi)，就是穩(wěn)定的。就是穩(wěn)定的。結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的基本條件結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的基本條件重心所在點(diǎn)的垂線落在結(jié)構(gòu)底面的范圍內(nèi)重心所在點(diǎn)的垂線落在結(jié)構(gòu)底面的范圍內(nèi)試驗(yàn)總結(jié)：試驗(yàn)總結(jié)：影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的主影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的主要因素：要因素：一、結(jié)構(gòu)的重

6、心位置的一、結(jié)構(gòu)的重心位置的高低（低穩(wěn)）高低（低穩(wěn)）三、結(jié)構(gòu)與接觸面接三、結(jié)構(gòu)與接觸面接觸形成的支持面得大觸形成的支持面得大小（大穩(wěn)）?。ù蠓€(wěn)）二、結(jié)構(gòu)本身的形狀二、結(jié)構(gòu)本身的形狀（三角形）（三角形）結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的基本結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的基本條件：條件：重心所在點(diǎn)的重心所在點(diǎn)的垂線落在結(jié)構(gòu)垂線落在結(jié)構(gòu)底面的范圍內(nèi)底面的范圍內(nèi) 分析不同壘法的墻的穩(wěn)定性，當(dāng)施加同樣的分析不同壘法的墻的穩(wěn)定性，當(dāng)施加同樣的力時，哪種壘法的墻不容易傾倒？你認(rèn)為最好力時，哪種壘法的墻不容易傾倒？你認(rèn)為最好的的壘法是什么？壘法是什么？討論與分析：討論與分析： 我們在設(shè)計中盡可能的增加結(jié)構(gòu)我們在設(shè)計中盡可能的增加結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，那么凡

7、是不穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)設(shè)的穩(wěn)定性，那么凡是不穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)設(shè)計都應(yīng)該放棄嗎？計都應(yīng)該放棄嗎？1、倒置的啤酒瓶可以預(yù)報地震。、倒置的啤酒瓶可以預(yù)報地震。2、在打水的桶口扣一重物，在、在打水的桶口扣一重物，在井里能自動翻倒打水井里能自動翻倒打水探究探究 靜止停放的自行車要有三個支撐靜止停放的自行車要有三個支撐點(diǎn)才能穩(wěn)定，而不會倒下；但是，點(diǎn)才能穩(wěn)定，而不會倒下；但是，自行車在騎起來時，卻只有兩個支自行車在騎起來時，卻只有兩個支撐點(diǎn)，為什么卻不會倒下？撐點(diǎn)，為什么卻不會倒下？ 生活中有這樣的情況，人坐在一只小板凳上，用生活中有這樣的情況，人坐在一只小板凳上，用力搖幾下，板凳就壞了，人也摔倒在地上。人踩在窗力搖幾

8、下，板凳就壞了，人也摔倒在地上。人踩在窗戶的防盜網(wǎng)上擦玻璃，防盜網(wǎng)合金條的焊接處斷裂，戶的防盜網(wǎng)上擦玻璃，防盜網(wǎng)合金條的焊接處斷裂，險些釀成大禍。險些釀成大禍。結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度：結(jié)構(gòu)具有的抵抗被外力破壞的能力。結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度：結(jié)構(gòu)具有的抵抗被外力破壞的能力。抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度穩(wěn)定性是研究物體的保持平衡狀態(tài)穩(wěn)定性是研究物體的保持平衡狀態(tài) 的能力，強(qiáng)度是研究不被外力破壞的能的能力，強(qiáng)度是研究不被外力破壞的能力。力。 用應(yīng)力來衡量強(qiáng)度用應(yīng)力來衡量強(qiáng)度 應(yīng)力是構(gòu)件的單位橫截面上所產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力是構(gòu)件的單位橫截面上所產(chǎn)生的內(nèi)力。力。 當(dāng)應(yīng)力達(dá)到某一極限值時當(dāng)應(yīng)力達(dá)到某一極限值時

9、, 結(jié)構(gòu)就會遭結(jié)構(gòu)就會遭到破壞。到破壞。F 內(nèi)力，當(dāng)一個結(jié)構(gòu)受到外力作用時，內(nèi)力，當(dāng)一個結(jié)構(gòu)受到外力作用時，內(nèi)部各質(zhì)點(diǎn)之間的相互作用會發(fā)生改變，產(chǎn)生一種內(nèi)部各質(zhì)點(diǎn)之間的相互作用會發(fā)生改變，產(chǎn)生一種抵抗的力。抵抗的力。S 受力面積受力面積 應(yīng)力應(yīng)力 =F/s三角形形狀三角形形狀 三角形是框架結(jié)構(gòu)中最基本的形狀之一三角形是框架結(jié)構(gòu)中最基本的形狀之一, ,它結(jié)實(shí)、它結(jié)實(shí)、穩(wěn)定、所用材料最少。穩(wěn)定、所用材料最少。探究一探究一： 寬度厚度相同的紙條與鋼條的抗寬度厚度相同的紙條與鋼條的抗彎彎 或抗扭強(qiáng)度一樣嗎？或抗扭強(qiáng)度一樣嗎？結(jié)論結(jié)論1 1：結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度與結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度與材料材料有關(guān)。有關(guān)?；炷嗤辽瞄L混泥土擅

10、長抗壓抗壓力，而鋼筋擅長力，而鋼筋擅長抗拉抗拉力力探究二探究二 不同截面形狀的構(gòu)件不同截面形狀的構(gòu)件做成的梁的抗彎強(qiáng)度做成的梁的抗彎強(qiáng)度采用不同連接方式的構(gòu)架的抗壓強(qiáng)度采用不同連接方式的構(gòu)架的抗壓強(qiáng)度探究探究活動活動探究三探究三小實(shí)驗(yàn)：小實(shí)驗(yàn)： 測試用不同截面形狀的構(gòu)件做成測試用不同截面形狀的構(gòu)件做成的懸梁的強(qiáng)度的懸梁的強(qiáng)度在所有構(gòu)件梁中，一在所有構(gòu)件梁中，一字形的強(qiáng)度是最弱的；字形的強(qiáng)度是最弱的；U形梁的強(qiáng)度最大；形梁的強(qiáng)度最大；L形梁的強(qiáng)度介于中形梁的強(qiáng)度介于中間。間。結(jié)構(gòu)的形狀：結(jié)構(gòu)的形狀： 外部形狀外部形狀：三角形、拱形等三角形、拱形等； 截面形狀截面形狀：工字形、十字形、長方工字形、

11、十字形、長方形、形、L形、圓形、形、圓形、U形。形。蜂窩構(gòu)造的應(yīng)用蜂窩構(gòu)造的應(yīng)用塑性材料，防塑性材料，防擠壓、沖撞，擠壓、沖撞，做包裝填充物。做包裝填充物。應(yīng)用于高層建筑的外墻應(yīng)用于高層建筑的外墻上，具有高強(qiáng)的抗撓曲上，具有高強(qiáng)的抗撓曲能力，而且質(zhì)輕，剛度能力，而且質(zhì)輕，剛度大、板面平整度好，更大、板面平整度好，更具有良好的隔音、隔熱、具有良好的隔音、隔熱、防震、防火作用，實(shí)為防震、防火作用，實(shí)為一種優(yōu)良的節(jié)能環(huán)保建一種優(yōu)良的節(jié)能環(huán)保建筑裝飾材料筑裝飾材料工字形截面工字形截面圓形截面：圓形截面：連接方式連接方式鉸連接鉸連接剛連接剛連接應(yīng)用應(yīng)用 鉸連接鉸連接 剛連接剛連接（1）對一個用）對一個用

12、4根小木條釘成的相根小木條釘成的相片框片框,使它更牢固的做法是什么使它更牢固的做法是什么?（2）在自行車各部件之間的連接中在自行車各部件之間的連接中, ,三角架屬于三角架屬于_連接；剎車連桿之間屬于連接；剎車連桿之間屬于_連接；連接；輻條與鋼圈之間屬于輻條與鋼圈之間屬于_連接。連接。馬上行動馬上行動可用直角鐵片固定在連接處的背面?？捎弥苯氰F片固定在連接處的背面。剛連接；剛連接；鉸連接鉸連接鉸連接。鉸連接。（3）比較左圖中同一結(jié)構(gòu)的幾種連接方式）比較左圖中同一結(jié)構(gòu)的幾種連接方式,請預(yù)言請預(yù)言哪種連接方式的強(qiáng)度更好。哪種連接方式的強(qiáng)度更好。 左邊的左邊的榫卯連接榫卯連接的強(qiáng)度最大，上下、左右、前的

13、強(qiáng)度最大，上下、左右、前后各方向都被牢牢固定住，所以強(qiáng)度最大。中間后各方向都被牢牢固定住，所以強(qiáng)度最大。中間的連接方式強(qiáng)度最小，釘子是從側(cè)面釘進(jìn)去的，的連接方式強(qiáng)度最小，釘子是從側(cè)面釘進(jìn)去的，中間的橫梁不能承受較重物體的壓力，所以強(qiáng)度中間的橫梁不能承受較重物體的壓力，所以強(qiáng)度最小。最小。影響結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的幾個主要因素影響結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的幾個主要因素結(jié)構(gòu)的形狀結(jié)構(gòu)的形狀使用的材料使用的材料構(gòu)件之間的連接方式構(gòu)件之間的連接方式結(jié)構(gòu)外部形狀結(jié)構(gòu)外部形狀結(jié)構(gòu)的構(gòu)件截面形狀結(jié)構(gòu)的構(gòu)件截面形狀鉸連接鉸連接剛連接剛連接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檁條搭檁條思考與討論：思考與討

14、論：為什么礦泉為什么礦泉水瓶表面上水瓶表面上有若干凸起有若干凸起的橫向紋路，的橫向紋路，它的作用是它的作用是什么什么? 結(jié)構(gòu)不僅是事物存在的一種形結(jié)構(gòu)不僅是事物存在的一種形式，而且對事物的功能和作用產(chǎn)生式，而且對事物的功能和作用產(chǎn)生著直接的影響，結(jié)構(gòu)的改變可能導(dǎo)著直接的影響，結(jié)構(gòu)的改變可能導(dǎo)致功能的變化。致功能的變化。 結(jié)構(gòu)與功能：結(jié)構(gòu)改變結(jié)構(gòu)改變功能改變功能改變小結(jié)小結(jié)一、結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性一、結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的三個因素：影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的三個因素：重心位置、重心位置、支撐面積的大小和結(jié)構(gòu)的形狀支撐面積的大小和結(jié)構(gòu)的形狀二、結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度二、結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度影響結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的三因素：影響結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的三因素

15、：結(jié)構(gòu)的形狀、結(jié)結(jié)構(gòu)的形狀、結(jié)構(gòu)的材料與連接構(gòu)的材料與連接三、結(jié)構(gòu)與功能三、結(jié)構(gòu)與功能 設(shè)計分析題：設(shè)計分析題： 1. 高二（高二（1）班李明同學(xué)在教室）班李明同學(xué)在教室 里布置了一些花草，他把直桿里布置了一些花草，他把直桿AB的的一端固定在墻上將吊蘭掛起來，如右一端固定在墻上將吊蘭掛起來，如右圖所示。圖所示。 （1）結(jié)構(gòu)受力的五種基本形式有彎曲）結(jié)構(gòu)受力的五種基本形式有彎曲力、扭轉(zhuǎn)力、壓力、拉力和剪切力。力、扭轉(zhuǎn)力、壓力、拉力和剪切力。請說出請說出AB桿的主要受力形式。桿的主要受力形式。 答案：AB桿主要受力形式是彎曲力和拉力。（2）簡述這個結(jié)構(gòu)存在的缺陷。缺陷是：AB桿容易彎曲變形。（3）在不改變桿的固定點(diǎn)）在不改變桿的固定點(diǎn)A和懸掛點(diǎn)和懸掛點(diǎn)B的前提下，的前提下，你對這個結(jié)構(gòu)有什么改進(jìn)建議？請用一句話說你對這個結(jié)構(gòu)有什么改進(jìn)建議？請用一句話說明并在原圖上直接標(biāo)注。明并在原圖上直接標(biāo)注。 建議：要使橫桿AB穩(wěn)定，必須用繩CB或撐桿DB拉緊、固定或用繩CB和撐桿DB同時拉緊、固定。（見下圖）ABCABDABDC方案1：方案2：方案3：湖州二中 例例3 如圖所示是某廠家生產(chǎn)的塑料凳，很多客戶反如圖所示是某廠家生產(chǎn)的塑料凳，很多客戶反映凳腳映凳腳強(qiáng)度不足強(qiáng)度不足，容易變形或斷裂。針對這個問題，容易變形或斷裂。針對這個問題，請根據(jù)所學(xué)的結(jié)