穩(wěn)固結(jié)構(gòu)的探析

關(guān)于穩(wěn)固結(jié)構(gòu)的探析臺風(fēng)來襲之后……第2頁,共56頁，2024年2月25日，星期天樹歪了第3頁,共56頁，2024年2月25日，星期天房塌了第4頁,共56頁，2024年2月25日，星期天廣告牌倒了汽車壓扁了第5頁,共56頁，2024年2月25日，星期天還有一些屹立不倒的第6頁,共56頁，2024年2月25日，星期天一、結(jié)構(gòu)與穩(wěn)定性結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性(P12)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性是指結(jié)構(gòu)在荷載的作用下，維持原有平衡狀態(tài)的能力。第7頁,共56頁，2024年2月25日，星期天想一想：結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與什么因素有關(guān)？第8頁,共56頁，2024年2月25日，星期天（一）影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的主要因素：[實驗探究1]：如何讓你的通用技術(shù)教材直立在桌面上。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。一本書，把它的下端各書頁展開一定的角度，將它直立在桌面上，它就能很好的挺立住。第9頁,共56頁，2024年2月25日，星期天想一想為什么大壩的橫截面總是建成梯形？第10頁,共56頁，2024年2月25日，星期天

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11頁,共56頁，2024年2月25日，星期天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。第12頁,共56頁，2024年2月25日，星期天注意：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(diǎn)的連線與地面構(gòu)成的面。第13頁,共56頁，2024年2月25日，星期天想一想臨時擺放的屏風(fēng)為什么擺成Ｚ字型，而不擺成一字型？第14頁,共56頁，2024年2月25日，星期天

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。

[實驗探究2]：落地扇為什么不易傾倒？第15頁,共56頁，2024年2月25日，星期天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：重心位置第16頁,共56頁，2024年2月25日，星期天比薩斜塔為什么不倒塌？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。第17頁,共56頁，2024年2月25日，星期天結(jié)構(gòu)重心的位置：結(jié)構(gòu)重心所在點(diǎn)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18頁,共56頁，2024年2月25日，星期天想一想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(diǎn)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。第19頁,共56頁，2024年2月25日，星期天還有什么方法嗎？可以增大底座與地面的接觸面，這樣也可以使重心所在點(diǎn)的垂線落在結(jié)構(gòu)底面的范圍內(nèi)。??第20頁,共56頁，2024年2月25日，星期天【思考】：

不倒翁之謎

第21頁,共56頁，2024年2月25日，星期天（紅點(diǎn)為不倒翁的重心，藍(lán)色箭頭為重心的垂線）不倒翁不倒？

不倒翁的底部有一個較重的東西——鉛塊或鐵塊，所以，不倒翁的重心很低。不倒翁直立時，重心低，重心垂線落在支撐面上；當(dāng)向右歪倒時，不倒翁的重心升高，重心垂線落在支撐面上左側(cè)，在重力的作用下，不倒翁會向左滾動，使不倒翁直立起來。反之，向左歪倒時，不倒翁的重心也升高，重心垂線落在支撐面的右側(cè)，在重力的作用下，不倒翁會向右滾動，再次使不倒翁直立起來。因此，不倒翁就不倒了。第22頁,共56頁，2024年2月25日，星期天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？（P12）因素三：結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與它的幾何形狀有關(guān)。

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(qiáng)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23頁,共56頁，2024年2月25日，星期天靜止?fàn)顟B(tài)的單車如何保持穩(wěn)定

[案例分析]：（1）雙腿支撐（2）單腿支撐第24頁,共56頁，2024年2月25日，星期天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(diǎn)，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25頁,共56頁，2024年2月25日，星期天1、結(jié)構(gòu)的形狀、2、結(jié)構(gòu)與地面接觸所形成的支撐面積的大小3、重心的位置。小結(jié)：影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的主要因素（P12）第26頁,共56頁，2024年2月25日，星期天不穩(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27頁,共56頁，2024年2月25日，星期天

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。根據(jù)你的理解，結(jié)合教材，上述情況是什么原因造成的？

那我們?nèi)绾蝸碓u價這條板凳、這個防盜網(wǎng)呢?我們就要用到我們今天學(xué)習(xí)的內(nèi)容：強(qiáng)度。第28頁,共56頁，2024年2月25日，星期天結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度——結(jié)構(gòu)具有的抵抗被外力破壞的能力（P13）第29頁,共56頁，2024年2月25日，星期天

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(qiáng)度是研究不被外力破壞的能力。例如我們剛才舉的椅子的例子，椅子能夠承受人的重力這是一個強(qiáng)度問題，那么椅子會不會左右晃動，搖擺，那就是一個穩(wěn)定性問題了。強(qiáng)度與穩(wěn)定性的聯(lián)系與區(qū)別：

第30頁,共56頁，2024年2月25日，星期天二、結(jié)構(gòu)與強(qiáng)度1、結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度（P13）是指結(jié)構(gòu)具有的抵抗外力被破壞的能力。2、結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度是通過構(gòu)件和材料來體現(xiàn)的。第31頁,共56頁，2024年2月25日，星期天3、強(qiáng)度與應(yīng)力

構(gòu)件在外力作用下，會變形，同時構(gòu)件內(nèi)部各質(zhì)點(diǎn)之間的相互作用力發(fā)生了改變，這種作用力的改變稱作內(nèi)力。在外力與材料不變的條件下，構(gòu)建被破壞的危險程度還與它的截面積有關(guān)。構(gòu)件單位截面面積所受的內(nèi)力稱為構(gòu)件應(yīng)力。（P14）第32頁,共56頁，2024年2月25日，星期天應(yīng)力和強(qiáng)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(qiáng)度呢。那就要用到我們以前學(xué)習(xí)的應(yīng)力的知識。在保持結(jié)構(gòu)不被破壞的情況下，結(jié)構(gòu)能承受的應(yīng)力越大，結(jié)構(gòu)越強(qiáng)。應(yīng)力σ＝F/S其中F為內(nèi)力；S為受力面積（橫截面）第33頁,共56頁，2024年2月25日，星期天一名重600N的運(yùn)動員從高處跳下，落在水平地面上，與地面的相互作用力的最大值為1500N，雙腳與地面的接觸面積為150

㎝2，求雙腳與地面間的平均應(yīng)力的最大值。

解：σ＝F/S=1500N/1.5×

10-2m2=1.0×105Pa

答：雙腳與地面間的平均應(yīng)力的最大值為1.0×105Pa。第34頁,共56頁，2024年2月25日，星期天4、影響結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的主要因素(1)結(jié)構(gòu)的材料（P16）組成結(jié)構(gòu)的常見材料：塑料、木材、鋼材。第35頁,共56頁，2024年2月25日，星期天第36頁,共56頁，2024年2月25日，星期天4、影響結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的主要因素（2）材料的形狀（P16）第37頁,共56頁，2024年2月25日，星期天注意：結(jié)構(gòu)對強(qiáng)度的影響有兩點(diǎn)，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38頁,共56頁，2024年2月25日，星期天A、結(jié)構(gòu)的外部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39頁,共56頁，2024年2月25日，星期天第40頁,共56頁，2024年2月25日，星期天B、結(jié)構(gòu)的構(gòu)件截面形狀。1.相同材料，相同截面積，不同截面形狀的構(gòu)件強(qiáng)度不同。第41頁,共56頁，2024年2月25日，星期天2.結(jié)構(gòu)的外形相同，構(gòu)件的截面不同，其強(qiáng)度不一樣。第42頁,共56頁，2024年2月25日，星期天因素3：構(gòu)件之間的連接方式：三、結(jié)構(gòu)的連接結(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（P19）鉸連接剛連接第43頁,共56頁，2024年2月25日，星期天鉸連接：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，具體有合頁、松螺栓、松鉚等，如門與門框的連接。第44頁,共56頁，2024年2月25日，星期天第45頁,共56頁，2024年2月25日，星期天第46頁,共56頁，2024年2月25日，星期天

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,如固定鐵床架、不可移動的桌腿與桌面的連接等。膠接榫接第47頁,共56頁，2024年2月25日，星期天榫接膠接焊接第48頁,共56頁，2024年2月25日，星期天小結(jié)：影響結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的因素：1、結(jié)構(gòu)的材料2、結(jié)構(gòu)的形狀、3、結(jié)構(gòu)連接方式第49頁,共56頁，2024年2月25日，星期天（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。馬上行動可用直角鐵片固定在連接處的背面，或用木條在角邊形成三角形。剛連接；鉸連接第50頁,共56頁，2024年2月25日，星期天（3）．比較下圖中同一結(jié)構(gòu)的幾種連接方式,請預(yù)言哪種連接方式的強(qiáng)度更好。

左邊的榫卯連接的強(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)度最小。第51頁,共56頁，2024年2月25日，星期天

結(jié)構(gòu)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)致功能的改變多功能起子（四）、結(jié)構(gòu)與功能:第52頁,