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(共56张PPT)
二 稳固结构的探析
任务一 探析结构稳定性
任务二 探析结构强度
思考：
以上结构为什么会发生坍塌？
荷载
稳定性
结构的稳定性
定义：
指结构在荷载的作用下维持其原有平衡状态的能力。它是结构的重要性质之一。
注意：原先的结构没有被破坏
物体 受到的外力 不稳定的主要原因
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、碰撞
重心偏高
重力、碰撞
与地面接触所形成的支撑面较小、重心偏高
不倒翁为什么不会倒？
重心低
1、重心位置的高低
底座采用较重的材料（如大理石），台面采用比底座轻的材料（如木材），使茶几的重心降低，以提高稳定性。
（二）影响结构稳定性的主要因素
影响结构稳定性的因素
思考：
人站立时稳定，身体倾斜到一定程度的时候会变的不稳定，为什么重心下降了，反而不稳定了呢？
结构重心的位置高低影响结构稳定性的结论成立是有条件的，条件是：
结构重心所在点的垂线是否落在结构底面的范围内，落在底面范围内就是稳定的，反之就会不稳定。
三、影响结构稳定性的因素
高塔的共同点都是上端小而下端大
三、影响结构稳定性的因素
有如下两个纸杯平放在桌上，分析哪个纸杯更稳定？
哪一个先倒下？
2、结构与地面接触所形成的支撑面的大小
支撑面：指结构与地面各接触点所围成的区域
接触面：指结构与地面所有接触面积的总和
接触面面积是4个圆的面积之和
设计一个小型广告牌支架
要求：稳固，适用
常见的广告牌：
猜测：哪种形状的结构更稳定？
3、结构的形状
照相机的支撑架常使用三角架而不用其他形状，是因为三角支架与地面有三个接触点，形成的三角结构使照相机的支撑架更容易稳定。
1.A字型的两边支脚分别与地面支撑，中间由拉杆固定，当人站在梯子上时，人与梯子的重心落在两边的支撑脚与地面的范围内；
2.如果没有梯子中间的拉杆，梯子的支撑脚与地面的位置不能固定，当人站在梯子时，A字型结构被破坏，失去平衡。
1、重心位置的高低
2、结构与地面接触所形成的支撑面的大小
3、结构的形状
如果重心所在点的垂线落在结构底面的范围内，就是稳定的，不会出现倾倒。
影响结构稳定性的因素是相互关联的，需要综合考虑各种因素来讨论结构的稳定性。
讨论
物体在静止状态与运动状态下的稳定性的条件也是不同的。
它的稳定程度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，自行车的重心容易落在三角形内，稳定性越好。
注意：支撑架与地面的夹角是不是越小越好
不稳定的应用
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。
①在地震多发地区，人们将啤酒瓶之类的物体倒置在地上，利用这一不稳定的结构实现预报地震的功能。
②过去农村地区人们用水桶打水常常要在水桶口的边缘绑上一重物，水桶到水面时能自动翻倒打水。
以如下方式放置的并注入不同数量水的，稳定性最差的是：（ ）
好题热练
√
如图所示为一款折叠式文具架，利用四边形的几何可变体系调节高度，为了提高其稳定性，以下措施中不正确的是（　　）
A. 降低文具架的高度
B. 增大底部支撑面积
C. 采用较重的底座
D. 将其中的连接方式由铰连接改为刚连接
【答案】D
结构与强度
【小试验】两根材料相同，粗细不同的绳子，用力拉，哪根更容易拉断？为什么？
思考：在外力与材料不变的条件下，构件被破坏的危险程度与 有关？
一、定义
结构的强度
定义：
指结构具有的抵抗被外力破坏的能力。
注意：原先的结构发生破坏。
例题解析
下列属于结构强度范畴的是（ ）（多选）
A、广告牌架子被大风刮断
B、大桥桥墩被油轮撞断
C、大桥横梁因货车超重而被压断
D、茶杯被碰翻倒
√
√
√
当一个结构受到外力作用时,内部各质点之间的相互作用会发生改变, 产生一种抵抗的力 , 称为内力。
应力是构件的单位横截面上所产生的内力。
当应力达到某一极限值时, 结构就会遭到破坏。用公式表示应力为：σ =FN/A, 其中 ,FN是内力 ,A 是受力面积 , σ是应力。
【讨论分析】
为什么拔河比赛时绳子都是多股扭绞在一起的
答案：增大了横截面积，减小了应力，防止断裂。
马上行动
结果 原因
竹竿比脆性塑料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 有连接点
（二）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
1、结构的形状
（1） 结构的外部形状：三角形
（2） 组成结构的构件的截面形状
当长度、体积和材料相等相同而截面形状不一样的梁承受一横向负荷或纯弯矩作用时，承受弯曲应力由大到小分别是“工”字形>圆形>方形>矩形
2、结构的材料
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。
在梁的下半部配置钢筋
立柱
梁
（1）钢筋应放在梁的上部。
（2）搭建阳台的梁受力后有向下弯曲的趋势，梁的上部主要受拉力的作用，梁的下部主要受压力的作用；钢筋抗拉性能好，所以钢筋应放在梁的上部。
阳台立面图
（2）任何构件在设计和使用过程中都要考虑构成材料的各种属性，下图中上部钢筋混凝土构件使用最优的是
例题解析
√
钢筋混凝土梁中混凝土主要是起着抗压的作用，而钢筋主要是起抗拉的作用，如下图，楼板和阳台的加固钢筋位置都安装正确的是（ ）
好题热练
√
3、结构构件的连接方式
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
(松螺栓、松铆）
折叠伞伞骨间的连接、门与门框的连接
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
（榫接、胶接、焊接）固定铁床架的连接、不可移动的桌腿与桌面的连接
一是增加瓶子的强度，受力不容易变形。
二是增大手与瓶子之间的摩擦阻力，容易握住。
有的矿泉水瓶上有若干凸起的横向纹路，它的作用是什么？
观察分体式空调器压缩机在户外墙上的固定，它是通过什么方法加强牢固程度的？能否只用壁挂式方法固定，为什么？
分体式空调器的室外机由于自身的重力比较大，在户外的固定一般采用铁架支撑的方法，若采用壁挂式方式，打入墙体的膨胀螺钉的强度和墙体的强度都不足以承受室外机的重力，最后将出现断裂以至于脱落。（刚连接）
要求铁栅栏门安装到门框上能够正常开启和关闭，铁栅栏门与门框合理的连接方式是（ ）
A．榫接 B．铰连接 C．焊接 D．刚连接
例题解析
√
好题热练
√
好题热练
（2009年9月高考）如图所示是一款移动黑板，为了增加其稳定性，合理有效的措施是
A、支撑直杆采用折叠结构
B、加大黑板底架的质量
C、增加黑板的厚度
D、减小黑板的长度
√
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图示为某公司简易不锈钢晒衣架广告，两个人挂在衣架上以示其牢固，若要求晒衣架每面能承重40kg，请你设计一个简易试验方案，检验该晒衣架的强度和稳定性。
（1）如果该晒衣架强度不够，可能损坏的部位有哪些？
（2）如果该晒衣架稳定性不够，请提出改进措施。
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（1）如果该晒衣架强度不够，可能损坏的部位有哪些？
支柱的连接处
两支柱的交叉连接处
两支柱下方的拉紧索
（2）如果该晒衣架稳定性不够，请提出改进措施。
将两支柱的交叉点向上移，使重心落在支撑范围内。
三、结构与功能
结构的改变可能导致功能的变化。
阅读021案例分析“伞与拐杖”和“多用起子”、“自行车的结构与功能”
板凳的结构和跳板的结构不同，在使用中，我们希望板凳不发生明显的变形，而希望跳板能发生明显的变形。这样的结构设计是基于（ ）
A不同的结构具有不同的强度
B不同的结构能承受不同的变形
C不同的结构能承受不同的力
D不同的结构具有不同的功能
√

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