1.2稳固结构的探析

复习：《常见结构的认识》1.什么是结构？广义上：结构是指事物的各个组成部分之间的有序搭配和排列。从力学的角度：结构是指可承受一定力的架构形态，它可以抵抗能引起形状和大小改变的力。2.组成结构构件的基本受力形式：拉力压力扭转力弯曲力剪切力复习：《常见结构的认识》3.结构的分类：实体结构框架结构壳体结构结构复习：《常见结构的认识》LOGO1.2稳固结构的探析思考：同样在台风的破坏下，为什么有一些树、房子或广告牌等被刮倒，而其它的却稳如泰山一点都不受台风影响呢？什么是结构的稳定性？结构的稳定性是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。请举出生活中不稳定结构的一些例子：因货物堆得过高而在弯道翻倒的车路边倒地的自行车踩高跷倒立的啤酒瓶……影响结构稳定性的主要因素有哪些?•1.重心位置的高低影响结构的稳定性。影响结构稳定的因素：不倒翁为什么不倒？如果在它脖子上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，不倒翁就不再是不倒翁了。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。1590年，意大利的伟大科学家伽俐略，曾在斜塔的顶层做过自由落体运动的实验，让两个重量相差10倍的铁球，同时从塔顶落下，结果，两球同时着地，一举推翻了束缚人们思想近2000年的希腊著名学者亚里士多德关于重量不同的物体其下落的速度也不相同的“物体下落速度与重量成正比”的理论。伽俐略开创了实验物理的新时代，被人们称为“近代科学之父”，而他用来做实验的斜塔也因此更加遐迩闻名。重心点的垂线位置，落在结构底面的范围内。•比萨斜塔为何不倒？它从1174年开始修建，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。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。一摞书，整齐放置时稳如泰山；另一种放法：每本都往一边慢慢往外放置，到一定程度时一摞书就全倒了。小实验：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。小资料：中国的斜塔苏州的虎丘塔高47.7米，比意大利比萨斜塔低6米；塔尖偏离中心2.34米，是比萨斜塔的一半；虎丘塔建于961年，比比萨斜塔早完工390年。因为地基不牢，重6000吨的塔便倾向土堆的一边。小资料：中国的斜塔•２.结构与地面接触所形成的支撑面的大小影响结构的稳定性。影响结构稳定的因素：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。这说明稳定性与支撑面的大小有关：支撑面越大越稳定，越小越不稳定。小实验：•高塔为什么一般上面很小，下端面积很大？大坝想一想：大坝为什么建成上端小而下端大的梯形形状？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。思考：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。接触面支撑面•３.结构的稳定性与它的几何形状有关。影响结构稳定的因素：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。如果没有梯子中间的拉杆，载人时就不能保持稳定。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。照相机的支撑架为什么常使用三脚架而不用其他形状？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。三角形稳定性的应用：临时摆放的屏风为什么摆成Ｚ字型，而不摆成一字型？看视频2影响结构稳定性的主要因素：总结:1.重心位置的高低；2.支撑面的大小；3.结构的形状。结构稳定的基本条件：重心所在的点垂线落在结构底面的范围内。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不摔倒？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，在一定的范围内，两脚分得越开，则重心越低，支撑面越大，越稳定！[练习]:探究：•1.静止状态下陀螺会倾倒，而当它高速旋转时却可以立起来？•2.自行车骑起来时，只有两个支撑点，为什么不会倒下呢？陀螺效应：凡是高速旋转的物体，都有一种使转动轴保持不变的能力，这种能力使得陀螺即使在不平的支持面上转动也不会倒下。所以一旦自行车运动起来后，转动的车轮也具备这种能力，这种能力使得自行车即使发生了倾斜，也能自动地把自行车调整过来，这就是自行车不倒的原因。•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、承受荷载，另一方面又利用不稳定的结构实现某些功能。不稳定的结构应用：１.倒置的啤酒瓶可以预报地震。２.在打水的桶口边挂一重物，在水面时能自动翻倒打水。