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1、第二节 探究结构,学习目标： 知识与技能：探究结构与稳定性的关系，知道结构 的强度与哪些因素有关，结构的连接方式。 过程与方法：通过实例探究结构的重要性，稳定性与结构设计的理念、技术试验的设计方法。 情感、态度和价值观：通过实例养成严肃认真的工作态度，在满足牢固、稳定的基础上，节约材料，减少负荷。,重庆綦江彩虹桥,一、结构的稳定性,1、你知道如何正确使用A形铝梯吗?你注意过A形铝梯上的使用说明吗？为什么要这样提示吗？,设计与实实践,A形铝梯的使用说明：将两梯面张开成“人”字形，横档必须平直。4只梯脚必须与地面接触。梯级最大承重为85kg。梯脚对地面绝缘电压为800V。,2、观察A形铝梯工作时的
2、状况，你认为A形铝梯为什么能承受人体的压力？,结论：利用三角形几何结构的稳定性。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，保证了梯子能承受人体的压力。,知识的运用,为什么落地电扇、落地灯、电脑液晶显示屏不易倾倒？用你所学的知识进行解释。,结论：结构在荷载的作用下维持其原有的平衡形式的能力，叫做结构的稳定性（stability）。 结构的稳定性与它的几何形状、支撑面积的大小和重心位置密切相关。结构要达到稳定，首先，它的整体几何结构必须科学合理；其次，一个物体支撑面积越大，重心越低
3、，其稳度越大。在进行结构设计时，要尽可能使其重力集中在底部，降低重心，并使重心垂线落在底面积内，就可提高结构的稳定性。,你知道在跨栏中，跨栏是怎样倾覆的吗？,力矩：力和力臂的乘积叫做力对转动轴的力矩。力对物体的转动作用取决于力矩的大小，力矩越大，力对物体的转动作用越大。,外力（碰触力、风力）F对转动轴O的力矩将引起跨栏倾覆，而跨栏的重力G对轴O的力矩起抵抗倾覆的作用，以保持跨栏的稳定。当倾覆力矩抗倾覆力矩时，跨栏就要绕O轴逆时针方向转动；反之，跨栏就保持其稳定平衡状态不变。,提出问题：请同学们分析为什么不能从相反的方向跨越栏杆？,知识窗,三角形的稳定性： 建筑工程中广泛运用了三角形的稳定性。房
4、子、桥梁的桁架大多都是由多个三角形构成的；钢架结构的十字钢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，既节省了用料，减轻了结构的质量，又有效地加强了结构的强度和稳定性。十字钢梁也是建筑工程中常用的构件，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。,二、结构的强度,（一）强度与应力,结构的强度是通过构件和材料来体现的。构件在外力作用下会变形，同时构件内部各质点之间的相互作用力发生了变化，这种作用力的改变称作内力（internal force）,一般说来，外力越大，则构件的内力越大。当内力达到一定数值时，构件就会被破坏，这就要求构件和材料必
5、须具有抵抗破坏的能力，这种能力称作强度（strength）。,从强度角度看，外力越大，构件内力随之越大，构件被破坏的危险就越大，但仅仅内力的大小还不能确切地反映一个构件危险的程度。那么它还与什么有关呢？通过一个小试验来探究。,设计与实践,在横杆上悬挂两条粗细不同的同一种材料（纸或泡沫等）做成的直杆，把重物逐一加挂在直杆下的挂钩上，直至直杆断裂为止。,结果及问题：用同一种材料做成的两条拉杆，在相同拉力的作用下，为什么两者被破坏的程度不同？,结论：在外力与材料不变的条件下，构件被破坏的危险程度还与它的截面面积有关。,应力（stress）：构件单位截面面积所受的内力称为构件的应力。,=N/A 应力
6、N内力 A截面面积,国际单位制中，应力的单位是帕，符号Pa。在工程上往往使用兆帕（MPa）。面积单位是米2，符号是m2。内力的单位是牛，符号是N。,由公式知，在内力不变的情况下，构件的截面积越大，应力越小，危险性就越小。同截面垂直的应力称为正应力或反向应力；同截面相切的应力称为剪应力或切应力。,如柱体垂直受压时，其横截面上的应力就是正应力；物体被剪切时，剪切面上就有剪应力；而梁弯曲变形时，其横截面上除了具有正应力外，还有剪应力。,讨论与分析,1、建筑物的支柱是怎样承受压力的？,2、扭绞的绳子为什么不容易拉断？,以上我们谈了结构的强度，接下来具体分析在结构设计中应如何考虑强度因素？,（二）强度与
7、材料,1、强度与材料通过实例揭示结构强度与材料的关系。,讨论与分析： 1、根据混凝土梁受荷载的情况，讨论混凝土梁所存在的弱点。 2、解释混凝土梁加入钢筋后是如何克服混凝土梁的弱点的。 3、如果在建筑物建造过程中，钢筋混凝土梁未按照设计要求放置规定的钢筋数目，钢筋混凝土梁在受到规定的荷载下将会发生什么情况？,知识窗,许用应力,当应力达到某一极限值时，材料便遭到破坏，因而设计中必须使构件的强度留有必要的余量，作为设计时应力的最高限度，这个最高限度值称为许用应力。,2、强度与材料的形状,设计与实践,结论：结构的强度与材料有关，还与所用材料本身的形状有关。,薄板材料可以通过折叠改变结构来加固,知 识 窗,刚 度,刚度是指构件抵抗变形的能力。 构件在外力作用下会产生变形。在某些情况下，构件虽有足够的强度，但若受力后变形过大，即刚度不够，也会影响正常工作。例如机床主轴变形过大，将影响加工精度；铁路桥梁在列车通过时，若变形过大，则会影响列车的正常行驶，甚至危及行车安全。因此，在工程上要求构件的变形必须限制在允许的范围内。,知识的运用,说说你见过的这些各种形状材料，它们常用在什么地方？,
