稳固结构的探析

稳固结构的探析第一页，共五十七页，编辑于2023年，星期三在日常生活中，我们时常会看到翻到在地的物体。是什么原因出现了图上所示的现象？第二页，共五十七页，编辑于2023年，星期三在台风来之前它是稳定的！是什么原因出现了不平衡状态？那到底什么样的结构是稳定的，什么样的结构又是不稳定的？物体稳定与不稳定的程度又如何评价？第三页，共五十七页，编辑于2023年，星期三第二节稳固结构的探析第四页，共五十七页，编辑于2023年，星期三结构的稳定性：结构的稳定性是指结构在负载的作用下，维持原有平衡状态的能力。结构的稳定性与什么因素有关？想一想：第五页，共五十七页，编辑于2023年，星期三填表说明下表中的物体有可能因受哪些力的作用而出现不稳定现象，并根据你的生活经验，简要说明原因。马上行动（P011）物体受到的外力不稳定的主要因素静止放置的自行车

落地灯底小口大的空竹篓重力、风力支撑面小，重心落到支撑面以外重力、撞击力底座小、重心高重力、撞击力底座小、重心高第六页，共五十七页，编辑于2023年，星期三[实验探究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。（一）影响结构稳定性的主要因素：第七页，共五十七页，编辑于2023年，星期三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。第八页，共五十七页，编辑于2023年，星期三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。第九页，共五十七页，编辑于2023年，星期三C.为什么许多课桌椅的支撑脚要做成往外倾斜？这是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。第十页，共五十七页，编辑于2023年，星期三接触面支撑面第十一页，共五十七页，编辑于2023年，星期三[实验探究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。

第十二页，共五十七页，编辑于2023年，星期三第十三页，共五十七页，编辑于2023年，星期三2．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？第十四页，共五十七页，编辑于2023年，星期三

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，不倒翁就不在是不倒翁了。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。第十五页，共五十七页，编辑于2023年，星期三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。C.比萨斜塔为什么不倒塌？第十六页，共五十七页，编辑于2023年，星期三

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。第十七页，共五十七页，编辑于2023年，星期三

通过分析长方体重心的垂线位置与稳定性示意图，使学生容易理解，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。第十八页，共五十七页，编辑于2023年，星期三一摞书，整齐放置时的稳如泰山；另一种放法,每本都往一边慢慢往外放置，到一定程度时一摞书就全倒了。小实验第十九页，共五十七页，编辑于2023年，星期三辽宁瑞州古塔，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。小资料：中国的斜塔第二十页，共五十七页，编辑于2023年，星期三苏州的虎丘塔虎丘塔高47.7米，比意大利比萨斜塔矮6米；塔尖偏离中心2.34米，是比萨塔的一半；虎丘塔建于961年，比比萨塔早完工390年。因为地基不牢，重6000吨的塔便倾向土堆的一边。

第二十一页，共五十七页，编辑于2023年，星期三3、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。第二十二页，共五十七页，编辑于2023年，星期三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：结构的稳定性与它的几何形状有关。

第二十三页，共五十七页，编辑于2023年，星期三

建筑中广泛运用了三角形的稳定性。房子、桥梁的桁架大多都是由多个三角形构成的；钢架结构的十字梁同样是运用这一原理，在四边形的框架中用两条杆件作对角线，形成多个三角形，既节省了材料，减轻了结构的质量，又有效地加强了结构的强度和稳定性。十字钢梁也是建筑中常用的构件，如在高压输电的铁塔、悬索桥的塔架，以及摩天大楼钢架结构中都被普遍地采用。补充（三角形稳定性的应用）：第二十四页，共五十七页，编辑于2023年，星期三静止状态的单车如何保持稳定（课本：P13）

[案例分析]：（1）双腿支撑（2）单腿支撑第二十五页，共五十七页，编辑于2023年，星期三1.调整单脚支撑位置，研究何时最易倒下，何时最平衡？自行车骑起来时，只有两个支撑点，为什么不会倒下呢？探究注意：自行车的支撑架与地面的夹角不能太小，否则，自行车的自身重力集中在支撑架上，同样容易失去平衡。

在静止情况下，自行车本身不能自我平衡，需要加一支撑脚。当由骑车人和自行车构成一个系统时，系统动起来之后，骑车人为系统注入动力，从而在自行车前进的时候，通过人的不断调节，自行车和骑车人与地面垂直，使自行车的重心落在车轮与地面接触的面积内。因此，在没有明显的外力干涉时，这一动态系统能够表现出一种稳定。第二十六页，共五十七页，编辑于2023年，星期三马上行动：摩托车的支撑架（课本：P14）

运动状态下与静止状态下物体的稳定条件有所不同。结构的稳定性在日常生活中有着广泛的应用，一方面人们利用稳定的结构抵抗外力、承受负载，另一方面又利用不稳定的结构实现某些功能。第二十七页，共五十七页，编辑于2023年，星期三不稳定的结构应用：１.倒置的啤酒瓶可以预报地震。２.在打水的桶口边挂一重物，在水面时能自动翻倒打水。第二十八页，共五十七页，编辑于2023年，星期三(4)P023页第1题练习:(1)在拥挤的公共汽车上已没有座位，你必须站着，而扶手你让给了旁边的老人，你在公共汽车上要如何才能保持自己的没摔倒？(2)货物应尽量放在船舱里还是甲板上？为什么？人的身体的稳定性取决于支撑面的大小和人体姿势重心的高低，在一定范围内，两脚分得越开，则重心越低，支撑面变大，越稳定！第二十九页，共五十七页，编辑于2023年，星期三要提高这种篮球架的稳定性可以怎么做？在篮球底座上加些比较重的石板之类的重物。是为了使篮球架的重心向后偏移，重心所在点的垂线落在结构底面的范围内，达到结构稳定的基本条件。还有什么方法吗？可以增大底座与地面的接触面，这样也可以使重心所在点的垂线落在结构底面的范围内。??但我们在日常生活中没有发现这样做的，为什么呢？第三十页，共五十七页，编辑于2023年，星期三（二）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，共五十七页，编辑于2023年，星期三

我们知道稳定性是研究物体的保持平衡状态的能力，强度是研究不被外力破坏的能力。例如我们刚才举的凳子的例子，凳子能够承受人的重力这是一个强度问题，那么凳子会不会左右晃动，摇摆，那就是一个稳定性问题了。强度与稳定性的联系与区别：

第三十二页，共五十七页，编辑于2023年，星期三应力和强度的关系：这只是我们一个笼统的说法，我们如何来衡量一件东西的强度呢。那就要用到我们以前学习的应力的知识。第三十三页，共五十七页，编辑于2023年，星期三根据你的生活经验填写下表：马上行动：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三十四页，共五十七页，编辑于2023年，星期三1.影响结构强度的主要因素①完成课本P17页案例

吊兰支撑使用的三角形支架结构，而不使用由一根直杆挑起的结构。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，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而不是捆缚，这种连接方式更牢固。第三十五页，共五十七页，编辑于2023年，星期三1)影响结构强度的几个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铰连接刚连接p22第三十六页，共五十七页，编辑于2023年，星期三(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。第三十七页，共五十七页，编辑于2023年，星期三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。第三十八页，共五十七页，编辑于2023年，星期三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。第三十九页，共五十七页，编辑于2023年，星期三金刚石分子为四面体，每个四面体有四个角、四个面，且每个面为三角形。第四十页，共五十七页，编辑于2023年，星期三小实验：P019（2）因素2：使用的材料①结构的强度与材料有关纸杯钢杯塑料杯第四十一页，共五十七页，编辑于2023年，星期三②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。第四十二页，共五十七页，编辑于2023年，星期三（3）因素3：构件之间的连接方式：结构的连接是指通过一定的连接物将构件组成整体结构。结构构建的连接通常有以下两类：铰连接刚连接第四十三页，共五十七页，编辑于2023年，星期三铰连接：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。第四十四页，共五十七页，编辑于2023年，星期三第四十五页，共五十七页，编辑于2023年，星期三

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。胶接榫接第四十六页，共五十七页，编辑于2023年，星期三第四十七页，共五十七页，编辑于2023年，星期三结点是从连接的效果来划分。一个结点可以有多种连接方式。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。

第四十八页，共五十七页，编辑于2023年，星期三（1）．对一个用4根小木条钉成的相片框,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_________连接；刹车连杆之间属于_________连接；辐条与钢圈之间属于_______________连接。马上行动可用直角铁片固定在连接处的背面。刚连接；铰连接铰连接。第四十九页，共五十七页，编辑于2023年，星期三（3）．比较左图中同一结构的几种连接方式,请预言哪种连接方式的强度更好。

左边的榫卯连接的强度较大，上下、左右、前后各方向都被牢牢固定住