1.2-探究结构

第二节探究结构第一章结构与设计惨痛的教训2008年5月12日14时，汶川、北川等地，8级强震猝然袭来，大地颤抖，山河移位，满目疮痍，生离死别……这是新中国成立以来破坏性最强、波及范围最大的一次地震。据民政部报告，截至6月11日12时，四川汶川地震已确认69225人遇难，374640人受伤，失踪17939人。智利奇迹2010年2月7日，智利发生8.8级地震。据专家认定：智利地震比汶川地震的破坏力要强10多倍。死亡人数不到1000人。马塔大使解释说:1.智利位于地震带中央，因此有着长期抗击地震的经验；2.这次地震损失较小，有震中离人口密集地区较远等原因；3.但是，绝无豆腐渣工程，是智利奇迹的一个重要原因。这一次甚至在震中的地区，高层建筑都是完好的。智利奇迹说明，天灾固然可怕，避免人祸是可以创造奇迹的。影响结构稳固的因素有那些？倒也…倒也…塌了…塌了…一、结构的稳定性1．结构的稳定性：——结构在荷载的作用下维持其原有的平衡形式的能力。稳定不是状态绝对不变，而是指受干扰后，允许状态有所变动，但当干扰消失后，能重新返回到原平衡状态，称为稳定。不能回到原有平衡状态，称为不稳定。研究结构稳定性的目的之一：是为了在技术领域中设计出更加稳定的结构。高塔为什么一般上面很小，下端面积很大？啤酒瓶正立、倒立放置，哪种放置容易翻倒？观察与思考：结构的稳定性与哪些因素有关呢？2．影响结构稳定性的主要因素：活动1：人字梯第一步：观察人字梯结构，并测试其稳定性；第二步：在人字梯的上安装拉杆，再将梯子竖立起来，测试梯子的稳定性。不稳定稳定结论1：结构的稳定性与结构的几何形状有关(三角形结构使支架更容易稳定)。☆．知识窗——三角形的稳定性三角形构成稳定的几何结构——在建筑工程中被广泛运用。比如：房子、桥梁的桁架大多都是由多个三角形构成的。天津南开区的“进步桥”主桁架，呈倒三角结构。阳台上的晒衣架。应用静态的自行车是如何保持稳定的？分析单脚支撑支撑脚与地面的接触点A与前、后轮与地面的接触点B、C构成三点支撑，在地面形成△ABC。静态的自行车是如何保持稳定的？ABC自行车的重心能否落在△ABC内取决于单脚支撑架的倾斜度。在一定范围内，支撑架与地面的夹角越小（自行车的车身越斜），△ABC的面积越大，自行车的重心越容易落在三角形内，稳定性越好。活动2：搭桌子第一步：分别搭建桌子ABC，设计试验方案，比较三者稳定性；ABC第二步：观察并分析A－B－C桌子的变化；结论2：结构的稳定性与结构和地面接触所形成的支撑面的大小有关。2．影响结构稳定性的主要因素：想一想：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。活动3：不倒翁第一步：观察不倒翁并思考为什么它不会倒地？第二步：思考通过改变什么可以使不倒翁倒地？结论3：结构的稳定性与重心位置的高低有关。2．影响结构稳定性的主要因素：◆．比萨斜塔为何斜而不倒？意大利结论4：对于一个结构而言，如果重心所在的垂线落在结构底面范围内，就是稳定的。重心的垂线位置与底面积示意图辽宁瑞州古塔，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G生活中采用降低重心的方法来提高结构稳定性的实例总结结构的稳定性与什么因素有关？稳定性支撑面积几何形状重心位置支撑面积越大，稳定性越好。结构的整体几何结构必须科学合理重心越低，其稳定性越好影响结构稳定性的各个因素是相互关联的，对于具体结构的稳定性的分析要综合考虑各种因素。学以致用：如果你是设计师讨论：为学校设计一个篮球架。从结构的稳定性的角度考虑,你应该注重哪些方面的设计？底座？篮框？形状？逆向思维三星堆出土的陶器猜猜它们是做什么用的？讨论：我们现实生活中有没有利用结构的不稳定来工作的工具。拓展：不稳定结构的利用地动仪的工作原理请同学们分析为什么不能从相反方向跨越栏杆？FOGLh二、结构的强度（一）基本概念1、内力：构件在外力作用下会变形，同时构件内部各质点之间的相互作用力发生了改变，这种作用力的改变称作内力。2、应力：构件单位截面面积上所受的内力。σ=N/Aσ——应力，N——内力，A——截面面积3、强度：构件和材料抵抗破坏的能力。4、应力和强度的关系：用应力来衡量强度应力应力小，变形就小，抗变形能力就大。（二）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横截面形状铰连接刚连接1、使用的材料①结构的强度与材料有关纸杯钢杯塑料杯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。2、结构的形状:注意：结构形状对强度的影响有两点，一是结构的外部形状，二是结构的横截面形状。三角形结构结实、稳定，所用材料最少。A字形梯不采用铝合金薄片，而采用长方形截面的构件。说明构件截面的形状影响着结构的强度。相同材料，相同截面积，不同截面形状的构件强度不同。几种不同截面形状的构件型材在相同结构强度的情况下，具有用料少，质量轻等优点，被广泛应用。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。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、铆接、螺接等。结构构件的连接通常有以下两类：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。铰接伞骨间的连接铆接金属框架连接不易焊接铝板连接螺栓和螺母榫接榫接胶接黏接金属材料与其他材料的联接，有间隙存在的金属件之间的连接，补修金属件的破损焊接锡焊电焊气焊焊接电路板电子元件连接铜（铁）材料的小型件连接承受强度较大金属件连接受力大金属件自行车车架的连接坍塌前的彩虹桥彩虹桥坍塌后的惨状坍塌原因：彩虹桥的主要受力拱架钢管焊接不合格，存在严重缺陷，个别焊缝有陈旧裂痕。构件连接处的强度是影响整个结构强度和稳定性的重要因素。构件连接处的强度取决于它的连接方式、连接技术和连接处的牢固程度等。从材料形状方面考虑，吊兰用的是三角形支架而不是其它形状是因为三角形结构结实、稳定，所用材料最少。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。吊兰支撑架的强度结构的变化可能导致功能的变化三、结构与功能雨伞与拐杖一把撑开的雨伞，是通过伞的骨架和伞面的受力以实现遮风挡雨功能的，而收起的伞则可以通过伞的主干骨受力实现拐杖的功能。3、强度与稳定性的联系与区别：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。4、应力和强度的关系：用应力来衡量强度。应力小，变形就小，抗变形能力就大。5、内力：构件在外力作用下会变形，同时构件内部各质点之间的相互作用力发生了改变，这种作用力的改变称作内力。6、应力：构件单位截面面积上所受的内力。σ=N/Aσ——应力，N——内力，A——横截面积巩固测试：1、我们常用的A形梯不直接采用铝合金片，而用长方形截面的铝合金构件，这说明影响结构强度的是（）A.构件截面的形状B.材料C.重心的高低D.连接方式2、空调的外机支架通常采用三角形结构，而不用一根直杆挑起的结构，这说明以下哪个因素影响着结构强度（）A.材料B.形状C.构件D.连接方式3、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，竹竿比脆性塑料杆能挂更多重物而不会断裂，这可表明下列那项影响结构的强度（）A.材料B.结构的形状C.构件横截面形状D.构件的连接方式ABA4、房子、桥梁的衍架大多数是由多个三角形构成的。这是运用了三角形的什么原理（）A.三角形简单B.三角形美观C.三角形用料少D.三角形稳定5、2010年高考题：结构的形状会影响其强度和稳定性。下列水库坝体结构抵抗水作用最强的是（）DC