第三节结构的强度与稳定性

第三节结构的强度与稳定性第一页，共九十一页，编辑于2023年，星期一意大利比萨斜塔为什么不倒塌？1590年，意大利的伟大科学家伽俐略，曾在斜塔的顶层做过自由落体运动的实验，让两个重量相差10倍的铁球，同时从塔顶落下，结果，两球同时着地，一举推翻了束缚人们思想近2000年的希腊著名学者亚里士多德关于重量不同的物体其下落的速度也不相同的“物体下落速度与重量成正比”的理论。伽俐略开创了实验物理的新时代，被人们称为“近代科学之父”，而他用来做实验的斜塔也因而更加遐迩闻名。

第二页，共九十一页，编辑于2023年，星期一第三页，共九十一页，编辑于2023年，星期一

它从1174年始建，1350年竣工，经历了176年。但由于塔身过重，地质松软，因此塔身仍以每年1．25毫米的速度向南倾斜。到1999年1月，塔顶比中轴线偏斜已达4．8米。意大利当局为了拯救斜塔，已向全世界广泛征求保护方案，同时在塔的北侧加压了830吨的铅块，并在塔身的三分之一处加了一圈铜缆，向北牵拉固定。不过斜有斜的好处，每天为“斜”而来的参观者多达10余万人，扔下大把大把的银子。如果它是一座正塔，比萨就不会有今天的风光，也就不会有这么多便宜可占了。第四页，共九十一页，编辑于2023年，星期一第五页，共九十一页，编辑于2023年，星期一

辽宁瑞州古塔，现存塔身高10米，塔身向东北方向倾斜12度，塔尖水平位移1.7米。该塔建成之后虽几经地震与洪水破坏，却始终斜而不倒，堪称奇迹。第六页，共九十一页，编辑于2023年，星期一

桥梁事故魁北克大桥第七页，共九十一页，编辑于2023年，星期一

加拿大魁北克大桥建于二十世纪初期，它是当时世界上此类大桥中最大的一座。这座大桥本该是美国著名设计师特奥多罗·库帕的一个真正有价值的不朽杰作。库帕曾称他的设计是“最佳、最省的”。可惜，它没有架成。库帕自我陶醉于他的设计，而忘乎所以地把大桥的长度由原来的500米加到600米，以成为当时世界上最长的桥。桥的建设速度很快，施工组织也很完善。正当投资修建这座大桥的人士开始考虑如何为大桥剪彩时，人们忽然听到一阵震耳欲聋的巨响——大桥的整个金属结构垮了：19000吨钢材和86名建桥工人落入水中，只有11人生还。由于库帕的过份自信而忽略了对桥梁重量的精确计算，导致了一场悲剧。第八页，共九十一页，编辑于2023年，星期一

桥梁事故魁北克大桥第九页，共九十一页，编辑于2023年，星期一桥梁事故魁北克大桥第十页，共九十一页，编辑于2023年，星期一第三节结构的强度与稳定性第十一页，共九十一页，编辑于2023年，星期一试验1

简易拉伸试验第十二页，共九十一页，编辑于2023年，星期一第十三页，共九十一页，编辑于2023年，星期一结论多股绳比单股绳抗变形能力，即：粗绳抗拉强度大大第十四页，共九十一页，编辑于2023年，星期一试验2

简易弯曲试验第十五页，共九十一页，编辑于2023年，星期一第十六页，共九十一页，编辑于2023年，星期一第十七页，共九十一页，编辑于2023年，星期一第十八页，共九十一页，编辑于2023年，星期一结论

厚梁比薄梁的截面积，抗弯强度。大大第十九页，共九十一页，编辑于2023年，星期一试验3

简易组态试验第二十页，共九十一页，编辑于2023年，星期一P第二十一页，共九十一页，编辑于2023年，星期一第二十二页，共九十一页，编辑于2023年，星期一P第二十三页，共九十一页，编辑于2023年，星期一结论

三角形比四边形稳定第二十四页，共九十一页，编辑于2023年，星期一技术试验后的回顾与思考

前面的技术试验，让我们思考了哪些问题呢？第二十五页，共九十一页，编辑于2023年，星期一一、结构的强度第二十六页，共九十一页，编辑于2023年，星期一2013年10月13日，江西庐山西海景区过桥断裂，18人落水第二十七页，共九十一页，编辑于2023年，星期一第二十八页，共九十一页，编辑于2023年，星期一第二十九页，共九十一页，编辑于2023年，星期一第三十页，共九十一页，编辑于2023年，星期一结构的强度这条板凳、这个防盗网的强度是怎样的，也就是指它受到外力作用的情况下，它不被外力破坏的能力如何。结构具有的抵抗被外力破坏的能力。所以说结构的强度是指：第三十一页，共九十一页，编辑于2023年，星期一应力和强度的关系：

我们如何来衡量一件东西的强度呢?那就要用到应力的知识。第三十二页，共九十一页，编辑于2023年，星期一内力

外力使构件发生变形的同时，构件内部分子之间随之产生一种抵抗变形的抵抗力，称为内力。第三十三页，共九十一页，编辑于2023年，星期一内力与外力的关系外力内力PN第三十四页，共九十一页，编辑于2023年，星期一内力与外力的关系外力内力NP第三十五页，共九十一页，编辑于2023年，星期一应力

构件单位截面积所受的内力称为构件的应力。第三十六页，共九十一页，编辑于2023年，星期一应力第三十七页，共九十一页，编辑于2023年，星期一应力截面第三十八页，共九十一页，编辑于2023年，星期一应力PG截面第三十九页，共九十一页，编辑于2023年，星期一应力PG截面N第四十页，共九十一页，编辑于2023年，星期一N=内力P+G压力重力第四十一页，共九十一页，编辑于2023年，星期一

应力计算公式：

σ＝N/S

单位:内力N（N）横截面积S（mm2

或cm2

）应力σ（N/mm2或N/cm2

）第四十二页，共九十一页，编辑于2023年，星期一阅读材料P.24什么是容许应力？第四十三页，共九十一页，编辑于2023年，星期一好第四十四页，共九十一页，编辑于2023年，星期一

构件的强度越大，它所能承受的容许应力越大。第四十五页，共九十一页，编辑于2023年，星期一物体的形状与强度布带子第四十六页，共九十一页，编辑于2023年，星期一用应力概念解释试验现象布带子第四十七页，共九十一页，编辑于2023年，星期一

影响结构强度的因素

1、形状构成的形状略有改变，强度就会改变。

第四十八页，共九十一页，编辑于2023年，星期一(1)结构的形状:

A.不同横截面形状的构件所能承受力的程度是不一样的。注意：结构对强度的影响有两点，一是结构的外部形状，二是结构的构件截面形状。第四十九页，共九十一页，编辑于2023年，星期一

常见的结构横截面的形状第五十页，共九十一页，编辑于2023年，星期一C.相同材料，相同截面积，不同截面形状的构件强度不同。B.结构的外形相同，构件的截面不同，其强度不一样。(1)结构的形状:

第五十一页，共九十一页，编辑于2023年，星期一第五十二页，共九十一页，编辑于2023年，星期一“工”字形横梁被广泛应用第五十三页，共九十一页，编辑于2023年，星期一D.三角形形状:

三角形是框架结构中最基本的形状之一,它结实、稳定、所用材料最少。

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。第五十四页，共九十一页，编辑于2023年，星期一2、材料

形状相同，材料不同，强度就不同第五十五页，共九十一页，编辑于2023年，星期一①结构的强度与材料有关第五十六页，共九十一页，编辑于2023年，星期一(2)材料第五十七页，共九十一页，编辑于2023年，星期一混凝土材料

使用钢筋混凝土结构的好处是什么？

混凝土抗压性能较好，而抗拉能力就比钢筋要小得多。因此在制造时可在梁的受拉区放置钢筋，组成钢筋混凝土梁，在这种梁中，钢筋受拉，混凝土受压，它们合理组成一个整体，共同承担载荷的作用。第五十八页，共九十一页，编辑于2023年，星期一3、材料的连接方式

不同的连接方式，受力传递方式和效果不一样。

结构的连接是指通过一定的连接物将构件组成整体结构。第五十九页，共九十一页，编辑于2023年，星期一连接方式11、一体式2、挤压式3、插接式第六十页，共九十一页，编辑于2023年，星期一连接方式常见的技术与方法作用特点一体式焊接、胶接、粘接、捆绑固连、不需要拆卸、利于增加强度与稳定性挤压式钉连接、螺栓螺母、扣紧套紧强度不如一体式，但可再拆卸接插式插头、插座方便连接、拆卸、传递信号可靠从被连接件间的状态关系来分类第六十一页，共九十一页，编辑于2023年，星期一

结构构建的连接通常有以下两类：

铰连接刚连接连接方式2第六十二页，共九十一页，编辑于2023年，星期一铰连接：被连接的构件在连接处不能相对移动，但可以相对转动，具体有松螺栓、松铆等。第六十三页，共九十一页，编辑于2023年，星期一第六十四页，共九十一页，编辑于2023年，星期一

刚连接：被连接的构件在连接处不能相对移动，也不能相对转动，具体有榫接、胶接、焊接等。胶接榫接第六十五页，共九十一页，编辑于2023年，星期一第六十六页，共九十一页，编辑于2023年，星期一连接方式常见的技术与方法作用特点个例可相对运动式与方便运动，灵活转动，承受一定的力人体关节，车把与车架不可相对运动式准确配合连接牢固车圈与辐条链键从力学结构的连接方式来分类第六十七页，共九十一页，编辑于2023年，星期一1.影响结构强度的主要因素结构的形状使用的材料构件之间的连接方式结构外部形状结构的构件截面形状总结第六十八页，共九十一页，编辑于2023年，星期一想一想①图中的花杆支柱，最薄弱的地方是

处，原因是

。②如果置于上板面的荷载超过杆件的承受能力，杆件会发生变形为

。③同形状，同尺寸的花展架，为什么铁质的比木质的更能承载?

b此处截面小，材料承受应力大断裂答：因为铁质的容许应力比木质的容许应力大。第六十九页，共九十一页，编辑于2023年，星期一根据你的生活经验填写下表：走进生活：事件结果原因分别在一根竹竿和一根同样尺寸的脆性塑料杆上不断加挂相同质量的重物

沿着垂直于重心线的方向撞击一根完整的钢管与用同样的方法撞击一根中间有焊接缝的钢管竹竿比脆性塑料杆能挂更多的重物而不会断裂不同材料的抗拉性能不同中间有焊接缝的钢管受到撞击时容易损坏因为有连接点第七十页，共九十一页，编辑于2023年，星期一小试验当这些物体受到外力作用时，原有的平衡状态被打破导致的这是一种我们生活中的现象，在没吹它时它是稳定的，后来它为什么会翻倒呢？

第七十一页，共九十一页，编辑于2023年，星期一二、结构的稳定性

结构的稳定性——在荷载作用下维持其原有平衡状态的能力。第七十二页，共九十一页，编辑于2023年，星期一1、什么叫稳定？例：生活稳定学习稳定情绪稳定物价稳定

a.在一定时间里没有太大的变化，保持一种平衡状态。

b.这种平衡状态并不是指状态绝对不变，而是受到干扰后，允许状态有所波动。

c.但干扰消失后，能重新返回到原来的平衡状态。释义2、结构具有阻碍翻倒或移动的特性，就是结构稳定性。第七十三页，共九十一页，编辑于2023年，星期一[探究1]：拿一本书，让它直立在桌面上，它马上倾倒了，显然，其稳定性不好。同样的一本书，把它的下端各书页展开一定的角度，仍旧将它直立在桌面上，它就能很好的挺立住。因素一：支撑面积的大小1.稳定性与支撑面积的大小有关支撑面越大越稳定，越小越不稳定。第七十四页，共九十一页，编辑于2023年，星期一A.落地电风扇或者宾馆里的落地灯，它们都有一个比较大的底座结构的底座，结构与地面接触所形成的支撑面大,稳定。第七十五页，共九十一页，编辑于2023年，星期一B：为什么大坝的横截面总是建成梯形？

大坝需要承受很大的力的作用，如自身的重力，水的冲击力、压力等等，要起到防洪的作用，大坝必须要求非常稳固。大坝建成梯形，增大了与地面接触所形成的支撑面，支撑面越大越坚实，稳定性就越好。第七十六页，共九十一页，编辑于2023年，星期一C.为什么许多课桌椅的支撑脚要做成往外倾斜？

为了进一步增大与地面接触所形成的支撑面积，增加稳定性。注意：支撑面≠接触面。接触面:是物体与地面接触形成的面。支撑面:是物体与地面接触形成支撑点的连线与地面构成的面。第七十七页，共九十一页，编辑于2023年，星期一增大与地面接触所形成的支撑面积，增加稳定性第七十八页，共九十一页，编辑于2023年，星期一[探究2]：落地扇为什么不易倾倒？

落地扇的底座采用较重的材料，风扇比底座轻很多，使落地扇的重心降低。第七十九页，共九十一页，编辑于2023年，星期一1．结构的稳定性与重心位置有关。物体重心越低，越稳定。因素二：重心位置A.不倒翁为什么不倒？如果在它脖子上挂上一定数量的铁环，它还会不倒吗？重心的位置：竖直方向的高度、水平方向离底面中心的距离。第八十页，共九十一页，编辑于2023年，星期一

不倒翁的重心很低，就在它与地面的接触点上，所以不倒，如果往它的脖子挂上铁环，它的重心位置升高了，当铁环达到一定数量时，不倒翁就不再是不倒翁了。重心的高低影响结构的稳定性。重心越低,稳定性越好;重心越高,稳定性越差。第八十一页，共九十一页，编辑于2023年，星期一

通过分析长方体重心的垂线位置与稳定性示意图，可以明白，比萨斜塔不倒的原因是它的重心所在点的垂线落在塔的底面的范围内。当塔倾斜到一定程度，重心的垂线不再落在塔的底面时，塔就会倾倒。结构重心的位置：结构重心所在点的垂线是否落在结构底面的范围内，落在就是稳定的，没有就是不稳定的。第八十二页，共九十一页，编辑于2023年，星期一B.以前的农作物个子高，遭遇暴风骤雨容易倾覆，造成减产；现在的农作物普遍个子矮。就是利用了重心低结构稳定的原理第八十三页，共九十一页，编辑于2023年，星期一3、结构的稳定性与它的几何形状有关。

A、A字形梯为什么载人时能够保持稳定？如果没有梯子中间的拉杆将会怎么样？

一般情况下，梯子打开的时候，梯面与地面组成三角形，梯子本身就能站得稳。当连接两个梯面的横杆拉直时，两个梯面的上半部分就与横杆构成了稳定的三角形，这就进一步加强了梯子的稳定性，保证梯子能承受人体的压力。如果没有梯子中间的拉杆，载人时就不能保持稳定。第八十四页，共九十一页，编辑于2023年，星期一

因为三角支架与地面有三个接触点，形成的三角形结构使照相机的支撑架更容易稳定。B、照相机的支撑架为什么常使用三脚架而不用其他形状？因素三