穩(wěn)固結(jié)構(gòu)的探析

穩(wěn)固結(jié)構(gòu)的探析第一頁，共五十七頁，2022年，8月28日在日常生活中，我們時常會看到翻到在地的物體。是什么原因出現(xiàn)了圖上所示的現(xiàn)象？第二頁，共五十七頁，2022年，8月28日在臺風(fēng)來之前它是穩(wěn)定的！是什么原因出現(xiàn)了不平衡狀態(tài)？那到底什么樣的結(jié)構(gòu)是穩(wěn)定的，什么樣的結(jié)構(gòu)又是不穩(wěn)定的？物體穩(wěn)定與不穩(wěn)定的程度又如何評價？第三頁，共五十七頁，2022年，8月28日第二節(jié)穩(wěn)固結(jié)構(gòu)的探析第四頁，共五十七頁，2022年，8月28日結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性：結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性是指結(jié)構(gòu)在負(fù)載的作用下，維持原有平衡狀態(tài)的能力。結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與什么因素有關(guān)？想一想：第五頁，共五十七頁，2022年，8月28日填表說明下表中的物體有可能因受哪些力的作用而出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象，并根據(jù)你的生活經(jīng)驗，簡要說明原因。馬上行動（P011）物體受到的外力不穩(wěn)定的主要因素靜止放置的自行車

落地?zé)舻仔】诖蟮目罩窈t重力、風(fēng)力支撐面小，重心落到支撐面以外重力、撞擊力底座小、重心高重力、撞擊力底座小、重心高第六頁，共五十七頁，2022年，8月28日[實驗探究1]：拿一本書，讓它直立在桌面上，它馬上傾倒了，顯然，其穩(wěn)定性不好。同樣的一本書，把它的下端各書頁展開一定的角度，仍舊將它直立在桌面上，它就能很好的挺立住。因素一：支撐面積的大小1.穩(wěn)定性與支撐面積的大小有關(guān)支撐面越大越穩(wěn)定，越小越不穩(wěn)定。（一）影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的主要因素：第七頁，共五十七頁，2022年，8月28日A.落地電風(fēng)扇或者賓館里的落地?zé)?，它們都有一個比較大的底座。結(jié)構(gòu)的底座，結(jié)構(gòu)與地面接觸所形成的支撐面大,穩(wěn)定。第八頁，共五十七頁，2022年，8月28日B：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(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，穩(wěn)定性就越好。第九頁，共五十七頁，2022年，8月28日C.為什么許多課桌椅的支撐腳要做成往外傾斜？這是為了進(jìn)一步增大與地面接觸所形成的支撐面積，增加穩(wěn)定性。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(gòu)成的面。第十頁，共五十七頁，2022年，8月28日接觸面支撐面第十一頁，共五十七頁，2022年，8月28日[實驗探究2]：落地扇為什么不易傾倒？

落地扇的底座采用較重的材料，風(fēng)扇比底座輕很多，使落地扇的重心降低。

第十二頁，共五十七頁，2022年，8月28日第十三頁，共五十七頁，2022年，8月28日2．結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與重心位置有關(guān)。物體重心越低，越穩(wěn)定。因素二：重心位置A.不倒翁為什么不倒？如果在它脖子上掛上一定數(shù)量的鐵環(huán)，它還會不倒嗎？第十四頁，共五十七頁，2022年，8月28日

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(huán)，它的重心位置升高了，當(dāng)鐵環(huán)達(dá)到一定數(shù)量時，不倒翁就不在是不倒翁了。重心的高低影響結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。重心越低,穩(wěn)定性越好;重心越高,穩(wěn)定性越差。第十五頁，共五十七頁，2022年，8月28日B.以前的農(nóng)作物個子高，遭遇暴風(fēng)驟雨容易傾覆，造成減產(chǎn)；現(xiàn)在的農(nóng)作物普遍個子矮。就是利用了重心低結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的原理。C.比薩斜塔為什么不倒塌？第十六頁，共五十七頁，2022年，8月28日

它從1174年始建，1350年竣工，經(jīng)歷了176年。但由于塔身過重，地質(zhì)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(dá)4．8米。意大利當(dāng)局為了拯救斜塔，已向全世界廣泛征求保護(hù)方案，同時在塔的北側(cè)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(dá)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(fēng)光，也就不會有這么多便宜可占了。第十七頁，共五十七頁，2022年，8月28日

通過分析長方體重心的垂線位置與穩(wěn)定性示意圖，使學(xué)生容易理解，比薩斜塔不倒的原因是它的重心所在點的垂線落在塔的底面的范圍內(nèi)。當(dāng)塔傾斜到一定程度，重心的垂線不再落在塔的底面時，塔就會傾倒。結(jié)構(gòu)重心的位置：結(jié)構(gòu)重心所在點的垂線是否落在結(jié)構(gòu)底面的范圍內(nèi)，落在就是穩(wěn)定的，沒有就是不穩(wěn)定的。第十八頁，共五十七頁，2022年，8月28日一摞書，整齊放置時的穩(wěn)如泰山；另一種放法,每本都往一邊慢慢往外放置，到一定程度時一摞書就全倒了。小實驗第十九頁，共五十七頁，2022年，8月28日遼寧瑞州古塔，現(xiàn)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(jīng)地震與洪水破壞，卻始終斜而不倒，堪稱奇跡。小資料：中國的斜塔第二十頁，共五十七頁，2022年，8月28日蘇州的虎丘塔虎丘塔高47.7米，比意大利比薩斜塔矮6米；塔尖偏離中心2.34米，是比薩塔的一半；虎丘塔建于961年，比比薩塔早完工390年。因為地基不牢，重6000噸的塔便傾向土堆的一邊。

第二十一頁，共五十七頁，2022年，8月28日3、結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與它的幾何形狀有關(guān)。

A、A字形梯為什么載人時能夠保持穩(wěn)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(wěn)。當(dāng)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(gòu)成了穩(wěn)定的三角形，這就進(jìn)一步加強了梯子的穩(wěn)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(wěn)定。第二十二頁，共五十七頁，2022年，8月28日因為三角支架與地面有三個接觸點，形成的三角形結(jié)構(gòu)使照相機的支撐架更容易穩(wěn)定。B、照相機的支撐架為什么常使用三腳架而不用其他形狀？因素三：結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與它的幾何形狀有關(guān)。

第二十三頁，共五十七頁，2022年，8月28日

建筑中廣泛運用了三角形的穩(wěn)定性。房子、橋梁的桁架大多都是由多個三角形構(gòu)成的；鋼架結(jié)構(gòu)的十字梁同樣是運用這一原理，在四邊形的框架中用兩條桿件作對角線，形成多個三角形，既節(jié)省了材料，減輕了結(jié)構(gòu)的質(zhì)量，又有效地加強了結(jié)構(gòu)的強度和穩(wěn)定性。十字鋼梁也是建筑中常用的構(gòu)件，如在高壓輸電的鐵塔、懸索橋的塔架，以及摩天大樓鋼架結(jié)構(gòu)中都被普遍地采用。補充（三角形穩(wěn)定性的應(yīng)用）：第二十四頁，共五十七頁，2022年，8月28日靜止?fàn)顟B(tài)的單車如何保持穩(wěn)定（課本：P13）

[案例分析]：（1）雙腿支撐（2）單腿支撐第二十五頁，共五十七頁，2022年，8月28日1.調(diào)整單腳支撐位置，研究何時最易倒下，何時最平衡？自行車騎起來時，只有兩個支撐點，為什么不會倒下呢？探究注意：自行車的支撐架與地面的夾角不能太小，否則，自行車的自身重力集中在支撐架上，同樣容易失去平衡。

在靜止情況下，自行車本身不能自我平衡，需要加一支撐腳。當(dāng)由騎車人和自行車構(gòu)成一個系統(tǒng)時，系統(tǒng)動起來之后，騎車人為系統(tǒng)注入動力，從而在自行車前進(jìn)的時候，通過人的不斷調(diào)節(jié)，自行車和騎車人與地面垂直，使自行車的重心落在車輪與地面接觸的面積內(nèi)。因此，在沒有明顯的外力干涉時，這一動態(tài)系統(tǒng)能夠表現(xiàn)出一種穩(wěn)定。第二十六頁，共五十七頁，2022年，8月28日馬上行動：摩托車的支撐架（課本：P14）

運動狀態(tài)下與靜止?fàn)顟B(tài)下物體的穩(wěn)定條件有所不同。結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性在日常生活中有著廣泛的應(yīng)用，一方面人們利用穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)抵抗外力、承受負(fù)載，另一方面又利用不穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)實現(xiàn)某些功能。第二十七頁，共五十七頁，2022年，8月28日不穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)應(yīng)用：１.倒置的啤酒瓶可以預(yù)報地震。２.在打水的桶口邊掛一重物，在水面時能自動翻倒打水。第二十八頁，共五十七頁，2022年，8月28日(4)P023頁第1題練習(xí):(1)在擁擠的公共汽車上已沒有座位，你必須站著，而扶手你讓給了旁邊的老人，你在公共汽車上要如何才能保持自己的沒摔倒？(2)貨物應(yīng)盡量放在船艙里還是甲板上？為什么？人的身體的穩(wěn)定性取決于支撐面的大小和人體姿勢重心的高低，在一定范圍內(nèi)，兩腳分得越開，則重心越低，支撐面變大，越穩(wěn)定！第二十九頁，共五十七頁，2022年，8月28日要提高這種籃球架的穩(wěn)定性可以怎么做？在籃球底座上加些比較重的石板之類的重物。是為了使籃球架的重心向后偏移，重心所在點的垂線落在結(jié)構(gòu)底面的范圍內(nèi)，達(dá)到結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的基本條件。還有什么方法嗎？可以增大底座與地面的接觸面，這樣也可以使重心所在點的垂線落在結(jié)構(gòu)底面的范圍內(nèi)。??但我們在日常生活中沒有發(fā)現(xiàn)這樣做的，為什么呢？第三十頁，共五十七頁，2022年，8月28日（二）結(jié)構(gòu)的強度這條板凳、這個防盜網(wǎng)的強度是怎樣的，也就是指它受到外力作用的情況下，它不被外力破壞的能力如何。結(jié)構(gòu)具有的抵抗被外力破壞的能力。所以說結(jié)構(gòu)的強度是指：第三十一頁，共五十七頁，2022年，8月28日

我們知道穩(wěn)定性是研究物體的保持平衡狀態(tài)的能力，強度是研究不被外力破壞的能力。例如我們剛才舉的凳子的例子，凳子能夠承受人的重力這是一個強度問題，那么凳子會不會左右晃動，搖擺，那就是一個穩(wěn)定性問題了。強度與穩(wěn)定性的聯(lián)系與區(qū)別：

第三十二頁，共五十七頁，2022年，8月28日應(yīng)力和強度的關(guān)系：這只是我們一個籠統(tǒng)的說法，我們?nèi)绾蝸砗饬恳患|西的強度呢。那就要用到我們以前學(xué)習(xí)的應(yīng)力的知識。第三十三頁，共五十七頁，2022年，8月28日根據(jù)你的生活經(jīng)驗填寫下表：馬上行動：事件結(jié)果原因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(zhì)量的重物

沿著垂直于重心線的方向撞擊一根完整的鋼管與用同樣的方法撞擊一根中間有焊接縫的鋼管竹竿比脆性塑料桿能掛更多的重物而不會斷裂不同材料的抗拉性能不同中間有焊接縫的鋼管受到撞擊時容易損壞因為有連接點第三十四頁，共五十七頁，2022年，8月28日1.影響結(jié)構(gòu)強度的主要因素①完成課本P17頁案例

吊蘭支撐使用的三角形支架結(jié)構(gòu)，而不使用由一根直桿挑起的結(jié)構(gòu)。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，鋼管抗拉力性能好。從連接方式考慮，吊蘭的三角形支架的構(gòu)件是焊接而不是捆縛，這種連接方式更牢固。第三十五頁，共五十七頁，2022年，8月28日1)影響結(jié)構(gòu)強度的幾個主要因素結(jié)構(gòu)的形狀使用的材料構(gòu)件之間的連接方式結(jié)構(gòu)外部形狀結(jié)構(gòu)的構(gòu)件截面形狀鉸連接剛連接p22第三十六頁，共五十七頁，2022年，8月28日(1)結(jié)構(gòu)的形狀:

A.不同橫截面形狀的構(gòu)件所能承受力的程度是不一樣的。注意：結(jié)構(gòu)對強度的影響有兩點，一是結(jié)構(gòu)的外部形狀，二是結(jié)構(gòu)的構(gòu)件截面形狀。第三十七頁，共五十七頁，2022年，8月28日C.相同材料，相同截面積，不同截面形狀的構(gòu)件強度不同。B.結(jié)構(gòu)的外形相同，構(gòu)件的截面不同，其強度不一樣。第三十八頁，共五十七頁，2022年，8月28日D.三角形形狀:三角形是框架結(jié)構(gòu)中最基本的形狀之一,它結(jié)實、穩(wěn)定、所用材料最少。在長方形或六邊形的框架中間，加上支撐構(gòu)件，構(gòu)成三角形，就可以大大增加它的牢固程度。第三十九頁，共五十七頁，2022年，8月28日金剛石分子為四面體，每個四面體有四個角、四個面，且每個面為三角形。第四十頁，共五十七頁，2022年，8月28日小實驗：P019（2）因素2：使用的材料①結(jié)構(gòu)的強度與材料有關(guān)紙杯鋼杯塑料杯第四十一頁，共五十七頁，2022年，8月28日②混凝土材料。

使用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)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(qū)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(dān)載荷的作用。第四十二頁，共五十七頁，2022年，8月28日（3）因素3：構(gòu)件之間的連接方式：結(jié)構(gòu)的連接是指通過一定的連接物將構(gòu)件組成整體結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)構(gòu)建的連接通常有以下兩類：鉸連接剛連接第四十三頁，共五十七頁，2022年，8月28日鉸連接：被連接的構(gòu)件在連接處不能相對移動，但可以相對轉(zhuǎn)動，具體有松螺栓、松鉚等。第四十四頁，共五十七頁，2022年，8月28日第四十五頁，共五十七頁，2022年，8月28日

剛連接：被連接的構(gòu)件在連接處不能相對移動，也不能相對轉(zhuǎn)動，具體有榫接、膠接、焊接等。膠接榫接第四十六頁，共五十七頁，2022年，8月28日第四十七頁，共五十七頁，2022年，8月28日結(jié)點是從連接的效果來劃分。一個結(jié)點可以有多種連接方式。不同的材料有不同的連接方式；構(gòu)件的連接方式不同，結(jié)構(gòu)的強度也不同。

第四十八頁，共五十七頁，2022年，8月28日（1）．對一個用4根小木條釘成的相片框,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,三角架屬于_________連接；剎車連桿之間屬于_________連接；輻條與鋼圈之間屬于_______________連接。馬上行動可用直角鐵片固定在連接處的背面。剛連接；鉸連接鉸連接。第四十九頁，共五十七頁，2022年，8月28日（3）．比較左圖中同一結(jié)構(gòu)的幾種連接方式,請預(yù)言哪種連接方式的強度更好。

左邊的榫卯連接的強度較大，上下、左右、前后各方向都被牢牢