1.2稳固结构的探析

请分析A字形梯载人时 能稳定的原因？
A字形梯
2、影响结构稳定性的因素：
（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
注意：影响结构稳定性的因素还有很多，如结 构的材料等，这些因素是相互关联的，需要综 合考虑各种因素来讨论结构的稳定性。
影响结构稳定性的因素
摆放的屏 风为什么 摆成Ｚ字 型，而不 摆成一字 型？
我们使用“应力”来衡量结构受到力的效果， 而该结构能承受的最大应力，我们称为“许用应 力”（阅读P17）
已知结构的许用应力为50 N/cm2，截面积 为4 cm2，冲击产生的外力为180N，请问结构会 被破坏吗？ 解法1:
=N/A= 180N/4cm2＝45 N/cm2
小于许用应力，所以结构不会被破坏
解法2: N= ×A= 4cm2x50N/cm2＝200N
外力小于内力的最大值，所以结构不会被破坏。
内力不变的情况下: 越小 ，危险性就_____ 越小 。 构件的截面面积越大，应力_____
思考：要增强绳子的强度有什么办法？原因何在？
马上行动：根据生活经验填写。
事件
结果
主要原因
不同材料 的抗拉性 能不同 结构的连接 方式不同
分别在一根竹竿和一根同 脆性塑料 样尺寸的脆性塑料杆上不 杆易断 断加相同质量的重物 沿着垂直中心线的方向撞 中间有焊 击一根完整的钢管与用同 接缝的钢 样的方法撞击构与强度
2、影响结构强度的主要因素：
（1）结构的形状
钻石与石墨的结构
• 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，有比较 好的强度。
•
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。
法国蓬皮杜艺术中心
横截面形状
不同横截面形状的构件所能承受力的程度是不样的。
不同截面形状，相同横截面积的同种材料的强度排列顺序
【知识拓展】刚度（阅读P19）
工字形截面
圆形截面：
压力
荷载
拉力
2、影响结构强度的主要因素：
（2）结构的材料
混凝土梁含有加固钢筋，混泥土擅长抗压力，而 钢筋擅长抗拉力，共同构成牢固的结构。
2、影响结构稳定性的因素(综合考虑)
（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
4 、知识的应用 （1）现有一个卡通造型的花盆架（如图所
示）， 花盆架用钢筋制成，脚掌用铁板焊接而成。
A.请设计一个简易的试验方案，用花盆作为试 验器材，检验该花盆架在平地上站立时左右 翻倒的稳定性。 花盆架稳定性的测试 试验名称： 测试花盆架的稳定性 ① 试验目的： ②
1.2 稳固结构的 探析
一、结构与稳定性
台风“桑美”
超 高 的 车 辆 容 易 翻 倒
一、结构与稳定性
1、稳定性：结构在负载的作用下维持其原有 平衡状态的能力。 马上行动：下表物体受到哪些力?不稳定原因? 物体 受到的外力 不稳定的主要原 因 广告牌 落地灯 底小口大的 空竹篓
风的推力 碰撞 碰撞 受力面积过大而支 撑面积较小 重心过高
图2:内力抵抗压力示意图
左压力 内力 右压力
内力
图3:内力抵抗弯曲力示意图
弯 曲 力
内 力
外力
内力
☆使结构发生形变作用的力。 ☆用来抵抗外力与变形，并力图使变
形部分复原的力。
应力与强度
应力： 构件单位截面面积所受的内力（作用在 单位面积上的内力）。
N A
应力，单位：帕（Pa）
N 内力，单位：牛（N） A 横截面积，单位：米2（m2）
影响结构稳定性的因素
• 高塔为什么一般上面很小，下端面积很大？
金字塔 亚历山大灯塔 （广州电视塔610m）
世界第一高塔
思考 ：这些塔具有哪些共同特点？
影响结构稳定性的因素：
(2) 结构与地面接触所形成的支撑 面的大小
总结：结构与地面接触所形成的 支撑面越大越稳定。
影 响 结 构 稳 定 性 的 因 素
接触面：是指物体与地面接触形成的面。 支撑面：是指物体与地面接触形成支撑点的连线 与地面所构成的面。
注意：支撑面≠接触面
影 响 结 构 稳 定 性 的 因 素
支撑面积越大，结构越 稳定，反之越小。
照相机的支撑架
为什么照相机的支撑架常使用三角架而不使用其他形 状？
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。 总结：结构的形状不同，其稳定性也不同。 在平面中，三角形的稳定性比较好。
①改变重心——降低重心 如增加脚掌的重量、降低花盆架 高度、增加花盆吊绳长度
②改变支撑面——加大支撑面 如增加两条支撑脚的大小、间距、 增加支撑
③改变结构的形状 如增加支撑脚、缩短横梁的长
二、结构与强度
1、强度：结构具有抵抗被外力破坏的能力。
体验：
图1:内力抵抗拉力示意图
左拉力
内力 右拉力 内力
三、结构与功能
结构对事物的功能和作用产生着直接 影响。结构的改变可能导致功能的变化。
三、结构与功能
小结：
1.2 稳固结构的探析
二、结构与强度 1、强度：结构具有抵抗被外力破坏的能力。 2、影响结构强度的因素： （1）结构的形状 （2）结构的材料 （3）构件之间的连接方式 三、结构与功能（结构对事物的功能和作用产生 直接影响。）
试验准备：带有不同重量标记的花盆若干； 待测试花盆架
试验过程：将花盆架在平地上站立放稳； 检 ③ 依次在左侧挂不同重量的花盆，观察并记 录 花盆架是否会翻倒； 依次在右侧挂不同重量的花盆，观察并记 录 花盆架是否会翻倒。
B.若花盆架左右稳定性不够，为了提高其 稳定性，请从以下三个方面各提出一种 具体的改进措施： ①改变重心 ②改变支撑面 ③改变结构的形状
与地面的接触面积 较小，重心偏高
一、结构与稳定性
2、影响结构稳定性的因素：
（1）重心位置的高低
落地扇的底座
独角茶几
不倒翁不倒的原因？ 重心和接触点的距离 最小，即重心最低。
总结：重心越低越稳定。
对于一个结构而言， 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。
重心的垂线位置与稳定性的关系
混凝土
钢筋
钢筋
钢筋的拉力
2、影响结构强度的主要因素：
（3）构件之间的连接方式
铰连接——被连接的构件在连接处不能相对 移动，但能相对转动。（松螺栓） 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）
雨伞
螺栓
返回
榫接
胶接
焊接
2、影响结构强度的主要因素：
（1）结构的形状。（一般情况下，三角形具 有比较好的强度） （2）结构的材料。 （3）结构构件之间的连接方式。
利用不稳定 性的应用：
候风地动仪
• 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，人们还利用不稳定的结构 实现某些功能
弱稳定结构的利用
跨
栏
欹（音 qī 奇）器，又常被称做歌器。它 是一种灌溉用的汲水罐器，是我国古代劳 动人民在生产实践中的创造。欹器有一种 奇妙的本领：未装水时略向前倾，待灌入 少量水后，罐身就竖起来一些，而一旦灌 满水时，罐子就会一下子倾覆过来，把水 倒净，尔后又自动复原，等待再次灌水。
应用：这种翻斗式的容器有很广泛 的用途，例如矿山的矿车，某些厕 所里一种定时冲洗的翻斗，以及气 象观测雨量计内的计量容器等等， 都是根据这种构思设计的。
做一做：
以小组为单位，利用筷 子、橡皮筋，搭建一个稳定 结构，使其在外力的作用下 能保持一定的稳定性。
小结：
1.2 稳固结构的探析
一、结构与稳定性 1、稳定性：结构在负载的作用下维持其原有平 衡状态的能力。
影响结构稳定性的因素
结构形状
三角形有较好的稳定性
三角形结构
案例分析：静态的自行车是如何保持稳定的？
双脚支撑
单脚支撑
安徽霍山 佛子岭水库
运动中的自行车只 有2个支撑点却不倒下， 为什么?
陀螺在旋转的时候， 陀螺高速自转时，在 重力偶作用下，不沿 力偶方向翻倒，而绕 道支点的垂直轴作圆 锥运动的现象，就是 陀螺原理。