1.2 稳固结构的探析
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1.2 稳固结构的探析1.2 稳固结构的探析福建霞浦六中 肖晓阳福建霞浦六中 肖晓阳
第一节结构与稳定性
第一节结构与稳定性
结构稳固的因素有哪些?结构稳固的因素有哪些?
结构的稳定性结构的稳定性
结构的强度结构的强度
福鼎国资寺
浙江苍南
浙江苍南
浙江苍南
06 年桑美台风破坏场景分析:稳定性不够还是强度不够?06 年桑美台风破坏场景分析:稳定性不够还是强度不够?
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。
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。
( 1 )结构的稳定性( 1 )结构的稳定性
( 2 )影响结构稳定性的因素( 2 )影响结构稳定性的因素
试验结论 1 : 支撑面的大小是影响结构稳定的因素之一:
支撑面越大,稳定性越好。
试验结论 1 : 支撑面的大小是影响结构稳定的因素之一:
支撑面越大,稳定性越好。
【探究试验 1 】怎样将课本竖立起来?这个试验说明什么?
【探究试验 1 】怎样将课本竖立起来?这个试验说明什么?
仰韶文化的尖底瓶,是否违背支撑面大稳定的原则?
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【问题探讨】【问题探讨】
1 、利用尖底不稳,可以使瓶子很容易倒伏,以便汲水; 2 、尖底插入土中可以立稳;也可以挂在墙上。
1 、利用尖底不稳,可以使瓶子很容易倒伏,以便汲水; 2 、尖底插入土中可以立稳;也可以挂在墙上。
【问题探讨】【问题探讨】
古人制作的陶鬲为什么采取三只脚的形制而不是四只脚?
古人制作的陶鬲为什么采取三只脚的形制而不是四只脚?
野外地不平,陶鬲如果制成四只脚,往往只能三只脚着地,这样,它的重心易偏移出支撑面,稳定性也就差了 。
野外地不平,陶鬲如果制成四只脚,往往只能三只脚着地,这样,它的重心易偏移出支撑面,稳定性也就差了 。
针对 P12 有关照相机三脚架稳定性的论述,你有何看法?针对 P12 有关照相机三脚架稳定性的论述,你有何看法?【问题探讨】【问题探讨】
相机采用三脚架的原因: 1 、便携; 2 、适应野外地面不平的情况(四脚反而不易平稳); 3 、省材。
桌子采用四腿的原因:室内地平,四腿能同时着地,四腿的形制支撑面大于三只腿。
相机采用三脚架的原因: 1 、便携; 2 、适应野外地面不平的情况(四脚反而不易平稳); 3 、省材。
桌子采用四腿的原因:室内地平,四腿能同时着地,四腿的形制支撑面大于三只腿。
【想一想】支撑面大而稳定的原理有哪些应用?【想一想】支撑面大而稳定的原理有哪些应用?
阿联酋迪拜塔(世界第一高楼) 埃菲尔铁塔
【试验活动 2 】不破坏外形结构,怎样让空矿泉水瓶站得更稳?
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【问题】矿泉水瓶装半瓶水站的稳定还是装满瓶水站的稳定?怎样检验?
【问题】矿泉水瓶装半瓶水站的稳定还是装满瓶水站的稳定?怎样检验?
试验结论 2 : 重心的高低是影响结构稳定的因素之一:
重心越低,稳定性越好。
试验结论 2 : 重心的高低是影响结构稳定的因素之一:
重心越低,稳定性越好。
【想一想】重心低而稳定的原理有哪些应用?【想一想】重心低而稳定的原理有哪些应用?
【马上行动】 p12 分析人字梯如果没有中间的拉杆会怎样?这一例子说明结构的稳定性还与什么因素有关?
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【回顾】三角形具有稳定性,平行四边形不稳定。
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【阅读】 P15几何不变体系与几何可变体系
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【分析】右图的门为什么制作成这样?
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推断结论 3: 结构的稳定性与结构的形状有关。
推断结论 3: 结构的稳定性与结构的形状有关。
为什么大坝的横截面总是建成梯形的?为什么大坝的横截面总是建成梯形的?
【想一想】【想一想】
结 论结 论
影响结构稳定性的因素:影响结构稳定性的因素:
重心位置重心位置
支撑面积支撑面积
结构形状结构形状
—— 重心越低越稳定—— 重心越低越稳定
—— 支撑面积越大越稳定—— 支撑面积越大越稳定
—— 三角形具有稳定性—— 三角形具有稳定性
【想一想】比萨斜塔为什么不倒塌?
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【游戏】侧身靠墙,一脚紧贴墙根,另一脚离地,力求站稳。
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( 3 )静态结构稳定的基本条件—— 重心所在点的垂线落在支撑面内。
( 3 )静态结构稳定的基本条件—— 重心所在点的垂线落在支撑面内。
阿联酋首都阿布扎比市的“首都之门”,高 160 米,其整体结构从 12层开始朝西倾斜角度达 18 度,几乎是意大利比萨斜塔倾斜度的 5 倍,将成为“世界上倾斜度最大的建筑”。
阿联酋首都阿布扎比市的“首都之门”,高 160 米,其整体结构从 12层开始朝西倾斜角度达 18 度,几乎是意大利比萨斜塔倾斜度的 5 倍,将成为“世界上倾斜度最大的建筑”。
小资料:中国的斜塔小资料:中国的斜塔
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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。
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。
【案例分析】 P14《静态的自行车是如何保持稳定的》 【案例分析】 P14《静态的自行车是如何保持稳定的》
【问题】自行车骑起来不倒,停下来会倒;陀螺转起来不倒,停下来会倒,为什么?说明了什么?
【问题】自行车骑起来不倒,停下来会倒;陀螺转起来不倒,停下来会倒,为什么?说明了什么?
( 4)静止状态与运动状态的稳定条件不同( 4)静止状态与运动状态的稳定条件不同
【拓展】影响结构的稳定性的因素还有哪些?
【拓展】影响结构的稳定性的因素还有哪些?
课堂小结课堂小结 1 、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。
2 、影响结构稳定性的主要因素:支撑面的大小、重心位置的高低、结构的形状等
3 、静态结构稳定的基本条件——重心所在点的垂线落在支撑面内。
4、静止状态与运动状态得稳定条件不同
1 、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。
2 、影响结构稳定性的主要因素:支撑面的大小、重心位置的高低、结构的形状等
3 、静态结构稳定的基本条件——重心所在点的垂线落在支撑面内。
4、静止状态与运动状态得稳定条件不同
作业: P23 、1作业: P23 、1
第二节结构与强度
第二节结构与强度
(( 20042004 年年 55月月 2323日,日, 66死死 33伤伤 ) )
2 、为了在新建航站正中央开辟一条通往机场主楼的衔接走道,大厦的部分建筑结构被掏空,进一步增加了压力。3、玻璃外壳极易导致温度变化,温度变化使外部构架每天变形 1~ 2厘米,使混凝土构架逐渐磨损。
事件的启示——戴高乐机场倒塌事件事件的启示——戴高乐机场倒塌事件
事故调查委员会的结论:
1、候机厅的水泥顶棚不足以支撑用来巩固大厦玻璃外壳的钢铁支架,最终支柱刺破了房顶导致顶棚坍塌。
凤凰县在建沱江大桥发生坍塌凤凰县在建沱江大桥发生坍塌
2007 年 8 月 13 日下午 4 时 40 分左右,湖南省凤凰县在建沱江大桥发生坍塌事故,已确认造成 14 人死亡, 22 人受伤,现场施救工作正在紧张进行。
2007 年 8 月 13 日下午 4 时 40 分左右,湖南省凤凰县在建沱江大桥发生坍塌事故,已确认造成 14 人死亡, 22 人受伤,现场施救工作正在紧张进行。
上述两个事件给我们什么启示?上述两个事件给我们什么启示?
试验探究试验探究 试验内容:将课本张开分别竖直站立和人字形
站立,哪一个站得牢?请分析原因。 试验内容:将课本张开分别竖直站立和人字形
站立,哪一个站得牢?请分析原因。 试验结果:如果仅从结构的稳定性角度分析,应
当是人字形站得稳,因为它的支撑面更大,重心更低。但实事是人字形站立不如竖直站立稳。
试验结果:如果仅从结构的稳定性角度分析,应当是人字形站得稳,因为它的支撑面更大,重心更低。但实事是人字形站立不如竖直站立稳。
结果分析:人字形站立不稳的原因有两个,其一是人字形不稳定,底下容易张开;其二是人字形的两侧坡不够坚固,易塌陷,这属于结构强度的问题。那么,什么是结构的强度呢?
结果分析:人字形站立不稳的原因有两个,其一是人字形不稳定,底下容易张开;其二是人字形的两侧坡不够坚固,易塌陷,这属于结构强度的问题。那么,什么是结构的强度呢?
2 、结构与强度2 、结构与强度
结构的强度是指结构具有的抵抗被外力破坏的能力。
结构的强度是指结构具有的抵抗被外力破坏的能力。
以上两例属于物体的结构强度不够(抵抗不住外力的破坏)
( 1 )结构的强度( 1 )结构的强度
稳定性是物体保持平衡状态的能力,强度是结构不被外力破坏的能力。
稳定性是物体保持平衡状态的能力,强度是结构不被外力破坏的能力。
( 2 )强度与稳定性的联系与区别( 2 )强度与稳定性的联系与区别
在保持结构不被破坏的情况下,结构能承受的应力越大,结构越强。
在保持结构不被破坏的情况下,结构能承受的应力越大,结构越强。
( 3 )应力和强度的关系( 3 )应力和强度的关系
【问题】为什么一根筷子容易折断,一把筷子不容易折断?。
【问题】为什么一根筷子容易折断,一把筷子不容易折断?。
应力 σ= F/S应力 σ= F/S
其中 F为内力; S为受力面积(横截面)其中 F为内力; S为受力面积(横截面)
【案例】分析三种支架的共性特点【案例】分析三种支架的共性特点
采用三角形结构具有稳固性,可见结构的强度与结构的形状有关。
采用三角形结构具有稳固性,可见结构的强度与结构的形状有关。
( 4 )影响结构强度的主要因素( 4 )影响结构强度的主要因素
共性特点:三角形结构共性特点:三角形结构
因素 1 :结构的形状因素 1 :结构的形状
【思考】哪种桥梁与恐龙的结构有相似的受力特征?
【思考】哪种桥梁与恐龙的结构有相似的受力特征?
①结构的外部形状 ①结构的外部形状
与恐龙结构力学相似的桥梁与恐龙结构力学相似的桥梁
右图斜向支撑条是扁铁,如果扁铁从竖着支撑改成横着支撑会怎样?
右图斜向支撑条是扁铁,如果扁铁从竖着支撑改成横着支撑会怎样?
【案例分析】支架的支撑条【案例分析】支架的支撑条 如右图所示,如果要加
大支架的支撑力,通常改成那种形状的铁件制作支架?
如右图所示,如果要加大支架的支撑力,通常改成那种形状的铁件制作支架?
以上分析说明了什么?以上分析说明了什么?
②结构的构件截面形状 ②结构的构件截面形状
【案例分析】增加横梁的体量可以提高横梁的支撑力,那么,增加宽度与增加高度(厚度)哪个更有效?
【案例分析】增加横梁的体量可以提高横梁的支撑力,那么,增加宽度与增加高度(厚度)哪个更有效?
梁的支撑力与梁的宽度成正比,还与梁的厚度的立方成正比。因此增加厚度更有效。
梁的支撑力与梁的宽度成正比,还与梁的厚度的立方成正比。因此增加厚度更有效。
因素 2 :材料因素 2 :材料
二战德国兵钢盔二战德国兵钢盔 ““凯夫拉”纤维头凯夫拉”纤维头盔盔
案例分析—— ETFE 膜的强度案例分析—— ETFE 膜的强度
国际上建筑的膜结构多用不透明的 PTFE膜。“水立方”使用的是 ETFE膜(乙烯 -四氟乙烯共聚物) ,这种轻质新型材料,具有有效的热学性能和透光性,可调节室内环境,冬季保温、夏季散热,还能避免建筑结构受到游泳中心内部环境的侵蚀。国内对这种薄膜结构的理论研究近乎空白。经试验, ETFE膜的防雹能力完全达到设计要求。
国际上建筑的膜结构多用不透明的 PTFE膜。“水立方”使用的是 ETFE膜(乙烯 -四氟乙烯共聚物) ,这种轻质新型材料,具有有效的热学性能和透光性,可调节室内环境,冬季保温、夏季散热,还能避免建筑结构受到游泳中心内部环境的侵蚀。国内对这种薄膜结构的理论研究近乎空白。经试验, ETFE膜的防雹能力完全达到设计要求。
【案例分析】混凝土中为什么一定要用钢筋?【案例分析】混凝土中为什么一定要用钢筋?
混凝土耐压不耐拉,钢筋耐拉不耐压,二者结合兼具两个优点。
混凝土耐压不耐拉,钢筋耐拉不耐压,二者结合兼具两个优点。
因素 3 :构件的连接方式因素 3 :构件的连接方式
【问题探讨】混凝土浇注平台时,钢筋处在上中下的哪个位置为好?
【问题探讨】混凝土浇注平台时,钢筋处在上中下的哪个位置为好?
构件连接的类别 构件连接的类别
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。
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。
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。
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。
铰连接具体有松螺栓、松铆等。 铰连接具体有松螺栓、松铆等。
构件连接的类别 构件连接的类别
刚连接具体有榫接、胶接、焊接等。刚连接具体有榫接、胶接、焊接等。
胶 接
构件连接的类别 构件连接的类别
榫 接
【马上行动】 P19-20 , 1 、 2 、3
【马上行动】 P19-20 , 1 、 2 、3
1 、粘上强力胶、角落钉三角形构件、背后加衬板。
1 、粘上强力胶、角落钉三角形构件、背后加衬板。
2 、刚连接、铰连接、铰连接2 、刚连接、铰连接、铰连接
3 、第三种最好;第二种最差,因为只靠钉子的支撑力;第三种因为横梁被凿孔,结构遭受一定的破坏,所以不如第三种的受力强度大。
3 、第三种最好;第二种最差,因为只靠钉子的支撑力;第三种因为横梁被凿孔,结构遭受一定的破坏,所以不如第三种的受力强度大。
3 、结构与功能 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的影响,结构的改变可能导致功能的变化。
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的影响,结构的改变可能导致功能的变化。
【案例分析】 P21-22《自行车的结构与功能》
【案例分析】 P21-22《自行车的结构与功能》
【马上行动】列举生产生活中结构改变导致功能改变的事例,并加以说明。
【马上行动】列举生产生活中结构改变导致功能改变的事例,并加以说明。
案例分析 案例分析 刀片由固定改为活动,使削皮时不受角度限制。
刀片由固定改为活动,使削皮时不受角度限制。
正把改成歪把,更顺势。添加了挖孔器。
正把改成歪把,更顺势。添加了挖孔器。
添加了开罐头的装置。
添加了开罐头的装置。
探 究探 究
P231 、如果要设计一辆水上自行车,你会怎样
构思?它的结构有什么特征?2 、如果在你上学骑车经过的路上,桥和坡较多,你可以对你的自行车做哪些结构上的调整,以便骑起来更轻便?
P231 、如果要设计一辆水上自行车,你会怎样
构思?它的结构有什么特征?2 、如果在你上学骑车经过的路上,桥和坡较多,你可以对你的自行车做哪些结构上的调整,以便骑起来更轻便?
内容小结 内容小结
1 、结构的强度:指结构具有的抵抗被外力破坏的能力。
2 、影响结构强度的主要因素( 1 )结构的形状(结构的外部形状、
构件的截面形状)( 2 )材料( 3 )构件的连接方式
1 、结构的强度:指结构具有的抵抗被外力破坏的能力。
2 、影响结构强度的主要因素( 1 )结构的形状(结构的外部形状、
构件的截面形状)( 2 )材料( 3 )构件的连接方式
作 业 作 业
P23 ,练习 4 P23 ,练习 4