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结构的强度结构的强度 生活中可能出现这样的情况 人坐在一只简易的小板凳上 用力摇几下 板凳坏了 人也跌倒在地 人踩在窗户的防盗网上擦玻璃窗 防盗网合金条的焊接处断裂 险些酿成 大祸 这是由于板凳 防盗网没有能够承受住人的重力所造成的 结构的强度是指结构具有的抵抗被外力破坏的能力 在拔河比赛中 绳子被拉断了 说明绳子不具有抵抗两队拉力的能力 6 级地震中一幢小楼倒塌了 说明这座小楼不具有 抵抗 6 级地震的能力 影响结构强度的主要因素 结构的强度与结构的形状 结构整体形状与构件截面形状 使用的材料 构件之间的 连接方式等因素有密切的关系 案例分析 不同形状的结构有着不同的强度 例如 吊兰支撑架使用三角形支架结构 而不使用 由一根直杆挑起的结构 在建筑物两根平行支撑柱之间增加一根斜柱 A 字形梯不采用铝 合金薄片 而采用长方形截面的构件 这些都是为了增加结构的强度 从材料方面考虑 吊兰的三角形支架使用的是钢管而不是木条或塑料 是因为钢管抗 拉力性能好 从连接方式考虑 吊兰的三角形支架的构件是焊接的而不是捆绑的 是因为这种连接 方式更牢固 结构的形状结构的形状 三角形是框架结构中最基本的形状之一 它结实 稳定 所有材料最少 在长方形或 六边形的框架中间 加上支撑构件 构成三角形 就可以大大增加它的牢固程度 钻石有令人难以置信的强度 就是因为它的分子结构为四面体 每个四面体都有四个 角 四个面和六条边 每一个面都是三角形 石墨的层状结构 则使其强度大大减小 回忆我们曾经见过的各种梁或各种框架 它们的构件的横截面形状各种各样 有工字 形 十字形 长方形 L 形 圆形 U 形等 不同横截面形状的构件所能承受力的程度是 不一样的 思考 火车铁轨的横截面是哪种形状 为什么采用这种截面 小试验 选用相同材质的泡沫塑料 做成横截面大 小相同 长短也相同的短棒 然后按图示方法 进行试验 除了图示的基本形状外 你也可以试验其 他的截面类型 比较这些悬臂梁在一侧的荷载 逐渐加大时的表现 从实验中你得到了哪些结论 阅读 恐龙与拱形结构 生活在中生代的巨型爬行动物恐龙 身长约 20m 身高 4 8m 体重达 30 40t 这么 一个庞然大物要走动觅食 生存下去 四肢必须承受相当大的负荷 如果恐龙不具备合理 的力学结构 偌大的身躯就会被压塌 专家们发现 恐龙巨大的身躯 长颈和粗长尾巴的 重心在腰部 整个身体的上部犹如一座拱桥 从力学角度看 它的确是一种承受巨大负荷 的理想结构造型 这便是建筑史上的 拱形结构 的历史渊源 结构的材料与连接结构的材料与连接 不同材料构成的结构 其强度各不相同 一个坚固的梁的材料必须具有好的抗拉力 压力 剪切力和扭曲力的性能 所以 梁通常由不止一种材料制成 如一根混凝土梁含有 加固钢筋 混凝土擅长抗压力 而钢筋擅长抗拉力 它们共同形成了非常牢固的结构 没有钢筋的混凝土梁 破坏时具有明显的脆性性质 将混凝土和钢材这两种材料有机地结合在一起协同工作 可以取长补短 充分利用材 料的性能 从而形成钢筋混凝土结构 那么 钢筋应加在梁的哪里呢 思考 图中简支梁的中轴线有怎样的特点 怎样加以利用 说一说钢筋配置在简支梁底部的理由 如果是悬臂梁 如挑出的阳台 应将钢筋配置在梁的哪 里 根据你对结构截面形状以及梁受力情况的理解 解释为什么梁 A 是一个特别好的设计 结构的连接 按照不同的分类标准 连接结构可以分为不同的形式 按照不同的连接原理 可以分 为机械连接结构 粘接和焊接三种连接方式 按照结构的功能和部件的活动空间 可以分 为动连接 铰连接 和静连接 刚连接 结构 a 铰连接 被连接的构件在连接处不能相对移动 但可相对转动 具体有松螺栓 松铆等 如折叠伞伞骨间的连接 门与门框的连接等 b 刚连接 被连接的构件在连接处既不能相对移动 也不能相对转动 具体有榫接 胶接 焊接等 如固定铁床架的连接 不可移动的桌腿与桌面的连接等 不同的材料有不同的连接方式 构件的连接方式不同 结构的强度也不同 案例分析 4 1 扶手椅 这张椅子有两个薄纸板部分组成的 能经受一名成年男子的体重 可以在室内使用 也可以在公共场所使用 让人惊讶的是 这一扶手椅受到许多买主的喜爱 铝制套椅和凳子 荷兰家具设计师帕特 荷恩 艾克 Piet Hein Eek 和诺伯 荣格科 Ruijgrok 采用电脑程 控打孔和折边机 用一块铝板完成了椅体的制造 并用自动封口塑料钉完成各部件的连接 制成了十分轻便实用的铝制套椅和凳子 连座桌 本款设计的结构奇妙而高度实用 集座位 桌面和餐柜于一体 就像变魔术一样 座 位与桌面能够从小柜子里拉出 的长度 马上行动 1 对一个用 4 根小木条钉成的相框 使它更牢固的做法是什么 2 在自行车各部件之间的连接中 三角架属于什么连接 刹车连杆之间属于什么连接 辐条与钢圈之间属于什么连接 3 同一结构中 比较榫接与钉接 分析哪种连接方式的强度最大 哪种连接方式的强 度最小 探究 1 使用过简易布衣柜吗 它的连接方式 与榫接方式相比 强度如何 2 观察家里的壁挂式电视 它是通过什么方法固定在墙上的 项目三 纸桥 概述 你可能见过这样的试验 用一张白纸做成各种形状来试验其承载能力 承受力 最大的与承受力最小的相比 其承受的荷载可以相差几十倍速甚至上百倍 那是因为结构 不同 其承受力也不同 现在让我们利用所学简支梁知识 来设计并制作一个简单的纸制 桥梁 使其有尽可能大的承受力 材料的准备 两张 8KA3 铅画纸 铅笔 直尺 剪刀 或美工刀 固体胶 棉线 测力计 要求 桥梁外形为长方体 长度不小于 250mm 高宽不限 两端开通不封闭 利于检查 长方体内宜用纸张制作合适的结构填充在其中 除了给定的铅画纸 不可再加纸 更不能 添加其他材料 步骤 1 两人一组 认真讨论并画出设计草图 预估你们的作品能有多大承重能力 2 用所给材料制作模型 3 取两张凳子构成测试台 凳子间距为 200mm 将纸桥架在上面 逐渐增大测力计拉力 直到纸桥明显变形 记录此时数值 如果测试中纸桥发生扭曲或侧翻 则稳定性不足 以 失败处理 4 增加几根普通棉线 改进你们的设计 再次测试并记录最终成绩 报告 写好含有以下内容的报告