_影响结构强度和稳定性的因素

第三节 结构的强度与稳定性 【结构的强度】
已知结构的容许应力为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: 180/4＝45 N/cm2，小于容许应力， 所以结构不会被破坏 解法2: 4x50N/cm2＝200N，外力小于内力 的最大值，所以结构不会被破坏。
1、比较下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。
Ａ
Ｂ
C
2、影响结构强度的因素举例。
3
结构与功能
结构不仅是事物存在的一种形式，而且对事物的 功能和作用产生着直接影响。结构的变化可能导 致功能的变化。
残疾人专用电动车
泰顺廊桥的结构原理： 廊桥结构的基本组合单元是六根杆件，纵向四根、横向两根，平面呈“井”字形。利用受压产生的摩擦 力，构件之间越压越紧。这种结构，不用钉铆，只需用相同规格的杆件，别压穿插，搭接而成。从力学上分 析，上端的纵梁压在横梁上，横梁又压在相对一根纵梁上，上下两根纵梁夹住一根横梁，摩擦力使得横梁不 能滑动，结构简单而奇妙，这种结构，整体为拱形结构，因此沿拱心线整体受压，不会产生弯矩，就每一根 杆件来说，又是最简单的简支梁，承受两种集中荷载。桥的构件统一，无特殊，异形的构件，伐下的树木只 需经少量人工即可制成合格构件，而且，装卸方便，拆桥时可以做到不损构件，且可重复利用。小杆件便于 运输，用小构件形成大跨度，经济合理。“虹桥结构”有很好的受压性能，只要两端固定，桥就能很好地承 受向下的荷载，由于结构的特殊，桥受到向上的反弹力，就很容易失稳遭受破坏。为此，泰顺的虹桥都采用 了廊桥这种形式，桥上建廊屋非但不是负担，反而增加了稳定性。每当山洪爆发时，当地居民将家中最重的 物体或大石头搬到桥上来增加桥的稳定性。 木拱桥以较短的木材，通过纵横相贯，犹如彩虹飞架宽阔水面，其巧妙的结构，令人惊叹！
第三节 结构的强度与稳定性 【结构的强度】
B C A
①图中的花杆支柱，最薄弱的地方是______ B 处，
此处截面积最小，材料承受应力最大 。 原因是__________________________________________
②如果置于上板面的荷载超过杆件的承受能力， 断裂 。 杆件会发生变形为________
弯 曲 力
内 力
第三节 结构的强度与稳定性 【结构的强度】
一、应力与强度 1、应力： 构件单位截面积所受的内力。
N 公式： S
式中，N为内力，S为构件截面积。 应力σ的计量单位为N/mm2或N/cm2 • • 对应内力最大值，应力也有一个最大值，称为容许应力。 结构受到的应力大于容许应力时，就会被破坏。
东阳木雕圆桌、圆凳
受地面积大 摆放稳定
卫星电视接收天线
支撑杆有螺丝固定在大框架上
摄影棚的摄象机、射灯均为三角架支撑
重心点的垂 线位置，落 在结构底面 的范围内
比萨斜塔(CAMPANILE DI PISA)是世界建筑史上的一大奇迹。由于塔身压 力过重和地质松软，南面的地基比北面约低２米。在施工期间塔身既出现 轻微倾斜，随着工程的进度，倾斜度不断增加。到塔身建到第三层时，可 明显看出倾斜，曾一度停工。一百多年以后，经工程师托马索· 皮萨诺精心 测量和计算，证明比萨斜塔虽倾斜，但不会倒塌，使工程继续按原设计继 续施工，直到竣工。
第三节 结构的强度与稳定性 【结构的强度】
一、应力与强度
☆ 外力☆
•
外力是使结构发生形变作用的力。 内力，就是用来抵抗外力与变形， 并力图使变形部分复原的力。
☆ 内力☆ •
第三节 结构的强度与稳定性
图1:内力抵抗拉力示意图
左拉力
内力 右拉力 内力
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
因素二:
结构使用的材料
在结构设计中必须考虑到所使用的材料,如钢、木、 石、化工材料等等，不同的材料就有不同的强度。
形状相同，材料不同， 强度就不同。
钢杯
纸杯
塑料杯
因素三:结构构件的连接
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。
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、焊接等。
想一想： 结构的稳定性与什么因素有关？
因素一：重心位置
因素二：支撑面积的大小
高塔为什么一般 上面很小，下端面积 很大？
成为 梯什 形么 的大 ？坝 的 横 截 面 总 是 建
支撑面越大越稳定， 越小越不稳定。 结构的底座，结构与地面接触所形 成 的支撑面的大小。
因素三：结构的形状
A字形梯为什么载人时 能够保持稳定？
1
结构与稳定性
结构的稳定性是指结构在负载的作 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。
台风过后的灾害 打破原有的平衡状态出现了不稳定现象
• 04年5月23日，巴黎戴高乐机场2Ｅ候机厅顶棚发生坍塌事故，
事故原因：金属构件本来也负担着顶棚的重量，但弧度结构 上的裂痕使这个构件逐渐穿过了顶棚，不再支撑数十吨重的 顶棚，最终导致拱形顶棚发生坍塌。
小试验:
材料清单： 一次性筷子若干根，硬纸板，钩码一盒 活动任务：搭廊桥 1、依据示意图用筷子搭建一座廊桥
2、在搭好的桥上放一张硬纸板，然后在纸板上放钩码； 观察比较廊桥载重量与桥的稳定性有什么关系。
讨论与交流：观察比较廊桥载重量与桥的稳定性有什么关系。 理解“在一定范围内，拱形廊桥载重越多越稳定的科学内涵”。
交绰搭建增加结构强度
第三节 结构的强度与稳定性 【结构的强度】
从表格数据中，你领悟到了些什么？ 棉线根数 数据 记录 1 2 拉断难易程度 非常容易
容易
较难
很难或拉不断
4
8
棉线数目越多，越难被拉断。 受力截面积大，承受能力越强。
各种形状的横截面构件，所承受力的程度是不一样的。 三角形是框架结构最基本的形状之一，结实、稳 定、材料最少。在四边形、六边形构件中，加上 三角形支撑件，就可大大增加构件的牢固程度。
形状：稳定的结构 重心：落在两边的支撑 脚与地面的范围内。
如果没有梯子中间的 拉杆将会怎么样？
结构不能固定，不稳定， 容易失去平衡
野外勘探仪为什么 用三角架支撑而不 用四角架？五角 架……
临时摆放的屏风为什么摆成Ｚ字型，而不摆成一字型？
放单 稳脚 的支 原撑 因的 分自 析行 车
结构的形状不同， 其稳定性不同。 往往，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。
结论
影响结构稳定性的因素： 重心位置 结构形状 支撑面积
注意！ 运动状态下与 静止状态下物体 的稳定条件有所 不同。如自行车， 高空走钢丝手持 长杆
影响结构稳固的因素有哪些？
一、结构与稳定性
二、结构的强度
三、结构与功能
一、结构的强度
请同学们注意观察房屋受损情况
普洱受灾录像
对照上下两组画面，你能发现什么问题？
第三节 影响结构强度和稳定性的因素
基本要求： 1、理解结构的稳定性和影响结构稳定性的主要因素。 2、从结构的形状、材料、连接方式等方面分析影响 结构的主要因素。 3、理解结构与功能的关系。 发展要求： 会用现代理念研究结构的形状、材料和连接方 式。如形状新颖、材料－合理、连接巧妙稳固。 重要概念： 稳定性、强度
履带式小轿车
双脚支撑轻骑车 单脚支撑自行车
想一想
分析不同垒法的墙，当施加同样的力时，哪种 垒法的墙不容易推倒？稳定性最强，你认为最 好的垒法是什么？
影响结构稳固的因素有哪些？
一、结构与稳定性
二、结构的强度
三、结构与功能
一、结构的稳定性
1、结构的稳定性 结构在负载的作用下维持其原有平衡状态的能 力。 ——结构的重要性质之一。
上
普洱受灾录像
下
2
结构与强度
结构的强度 是指结构具有抵抗被外力破坏的能力.
海啸
大坝
拔河
绳子的强度
•结构的稳定性——在荷载作
用下维持其原有平衡形式的 能力。 •结构强度——构件和材料必 须具有抵抗破坏的能力。
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。 例如我们举的椅子的例子， 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。
榫接
胶接
焊接
榫卯结构
第三节 结构的强度与稳定性 【结构的强度】
二、影响结构强度的因素 1、结构的形状： 构成的形状改变，强度就会改变。 2、使用的材料： 材料不同，容许应力不同。
3、材料之间连接方式：
不同的连接方式，受力传递方式和效果不一样。
人 体 脊 柱
焊 接
榫 接
第三节 结构的强度与稳定性 【结构的强度】
第三节 结构的强度与稳定性 【结构的强度】
☆ 实验一：简易纸板弯曲试依然无明显弯曲 12 瓦楞状结构比平板状结构承受能力强
粉笔 数目
弯曲情况 平板状纸板 弯曲得厉害
第三节 结构的强度与稳定性 【结构的强度】
二、影响结构强度的因素 1、结构的形状： 构成的形状改变，强度就会改变。