1.2稳固结构的探析

马上行动：
根据你的生活经验填写下表：
结果 原因
事件 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 中间有焊接缝 的钢管受到撞 击时容易损坏
那我们如何来评价这条板凳、这个防盗网呢? 我们就要用到我们今天学习的内容：强度。
（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。
所以说结构的强度是指：
结构具有的抵抗被外力破坏的能力。
强度与稳定性的联系与区别：
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。例如我们刚才举的椅子的例子，椅子能 够承受人的重力这是一个强度问题，那么椅 子会不会左右晃动，摇摆，那就是一个稳定 性问题了。
接触面
支撑面
因素三：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。
不同材料的抗 拉性能不同
构件的连接方 式不同
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。
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？
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？
第二节 稳固结构的探析
1、结构与稳定性 2、结构与强度 3、结构与功能
A: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。
B.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。
小资料：中国的斜塔
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。
探究
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？ 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。
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600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。
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。
生活中有这样的情况，人坐在一只小板凳上，用 力摇几下，板凳就坏了，人也摔倒在地上。人踩在窗 户的防盗网上擦玻璃，防盗网合金条的焊接处断裂， 险些酿成大祸。
根据你的理解，结合教材，上述情况是什么原因造成的？
1) 影响结构强度的几个主要因素
结构外部形状
结构的形状
结构的构件截面形状
使用的材料
铰连接
刚连接
构件之间的连接方式
(1)结构的形状: 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。
A.不同横截面形状的构件所能承受力的程度是不一样 的。
B.结构的外形相同，构件的截面不同，其强度不一样。
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。
（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。
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？
（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。 第一种是榫接，强度较大，结构最稳定。第二 种是用钉子连接，当上端受压力时，连接处要承 受剪切力，容易造成连接处断裂，所以强度最小。 第三种也是钉子连接，但当上端受压力时，连接 处所承受的是压力，同时因为没有榫接打孔影响 结构，所以强度最大。
C.相同材料，相同截面积，不同截面形状的构件强度 不同。
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。
（2）因素2：使用的材料
①结构的强度与材料有关
钢杯
纸杯
塑料杯
②混凝土材料。
如果没有梯子中间的拉杆会怎么样？
梯子的支撑脚与地面的位置不固定，当梯子
的支撑脚与地面的摩擦力不够大时，同时由 于两梯脚是铰连接的，当人站在梯子上时， 两梯脚会向外滑动，A字型的结构被破坏，失 去平衡人会跌落下来。
补充（三角形稳定性的应用）： 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。
因素一：重心位置
2．结构的稳定性与重心位置有关。 物体重心越低，越稳定。
A.不倒翁为什么不倒？ 如果在它脖子上斜挂 上一定数量的铁环， 它还会不倒吗？
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。
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。 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。
结构构建的连接通常有以下两类：
铰连接
刚连接
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。
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。
榫 接
胶接
马上行动
（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? 可用直角铁片固定在连接处的背面。 （2）．在自行车各部件之间的连接中,三角架属于 刚连接； 铰连接 _________连接；刹车连杆之间属于_________连接； 铰连接。 辐条与钢圈之间属于_______________连接。
（三）、结构与功能:
结构对事物的功能和作用产生着 直接的影响，结构的改变可能导致功 能的改变
多功能起子
小结
一、结构的稳定性 影响结构稳定性的三个因素：重心位置、 支撑面积的大小和结构的形状 二、结构的强度 影响结构强度的三因素：结构的形状、结 构的材料与连接 三、结构与功能
练Hale Waihona Puke :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？ 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！ (2) P023页第1题
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。
想一想： 结构的稳定性与什么因素有关？
（一）影响结构稳定性的主要因素： [案例分析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。