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1、第二节第二节 探究结构探究结构学习目标：学习目标：知识与技能：探究结构与稳定性的关系，知道知识与技能：探究结构与稳定性的关系，知道结构结构 的强度与哪些因素有关，结构的连接方式。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。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，节约材的工作态度，在满足牢固、稳定的基础上，节约材料，减少负荷。料，减少负荷。重庆綦江彩虹桥重庆綦江彩
2、虹桥 一、结构的稳定性一、结构的稳定性1、你知道如何正确使用、你知道如何正确使用A形铝梯形铝梯吗吗?你注意过你注意过A形铝梯上的使用形铝梯上的使用说明吗？为什么要这样提示吗说明吗？为什么要这样提示吗？设计与实实践设计与实实践A形铝梯的使用说明：形铝梯的使用说明：将两梯面张开成将两梯面张开成“人人”字形，字形，横档必须平直。横档必须平直。4只梯脚必须与地面接触。只梯脚必须与地面接触。梯级最大承重为梯级最大承重为85kg。梯脚对地面绝缘电压为梯脚对地面绝缘电压为800V。2、观察、观察A形铝梯工作时的状况，你认为形铝梯工作时的状况，你认为A形铝形铝梯为什么能承受人体的压力？梯为什么能承受人体的压力
3、？结论：利用三角形几何结构的稳定性。梯子打结论：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，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。保证了梯子能承受人体的压力。知识的运用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结论：结构在荷载的作
4、用下维持其原有的平衡形式的能力，叫做结构的稳定性（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，其稳度越大。个物体支撑面积越大，重心越低，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，就部，降低重心，并使重心垂线落在底面积内，就
5、可提高结构的稳定性。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？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。转动作用越大。外力（碰触力、风力）外力（碰触力、风力）F对转动轴对转动轴O的力矩将引起跨栏倾覆，而跨栏的力矩将引起跨栏倾覆，而跨栏的重力的重力G对轴对轴O的力矩起抵抗倾覆的力矩起抵抗倾覆的作用，以保持跨栏的稳定。当倾的作用，以保持跨栏的稳定。当倾覆力矩抗倾覆力矩时，跨栏就要覆力
6、矩抗倾覆力矩时，跨栏就要绕绕O轴逆时针方向转动；反之，跨轴逆时针方向转动；反之，跨栏就保持其稳定平衡状态不变。栏就保持其稳定平衡状态不变。提出问题：请同学提出问题：请同学们分析为什么不能们分析为什么不能从相反的方向跨越从相反的方向跨越栏杆？栏杆？知识窗知识窗三角形的稳定性：三角形的稳定性：建筑工程中广泛运用了三角形的稳定性。房建筑工程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，的框架中用两条
7、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，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。以及摩天大楼钢架结构中都被普遍地采用。二、结构的强度二、结构的强度（一）强度与应力（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作用下会变形，同时构件
8、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（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到一定数值时，构件就会被破坏，这就要求构件和材料必须具有抵抗破坏的能力，这种能力称作强度（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件被破坏的危险就越大，但仅仅内力的大小
9、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？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。通过一个小试验来探究。设计与实践设计与实践 在横杆上悬挂两条粗细不同的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。下的挂钩上，直至直杆断裂为止。结果及问题：用同一种材料结果及问题：用同一种材料做成的两条拉杆，在相同拉力的做成的两条拉杆，在相同拉力的作用下，为什么两者被破坏的程作用下，为什么两者被破坏的程度不同？度不同？结论：在外力与材料不变的条结
10、论：在外力与材料不变的条件下，构件被破坏的危险程度还件下，构件被破坏的危险程度还与它的截面面积有关。与它的截面面积有关。应力（应力（stress）：构件单位截面面积所受的内力称为）：构件单位截面面积所受的内力称为构件的应力。构件的应力。=N/A 应力应力 N内力内力 A截面面积截面面积 国际单位制中，应力的单位是帕，符号国际单位制中，应力的单位是帕，符号Pa。在工程上。在工程上往往使用兆帕（往往使用兆帕（MPa）。面积单位是米）。面积单位是米2，符号是，符号是m m2 2。内。内力的单位是牛，符号是力的单位是牛，符号是N。由公式知，在内力不变的情况下，构件的截面积越由公式知，在内力不变的情况下
11、，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。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；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，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。其横截面上除了具有正应力外，还有剪应力。讨论与分析讨论与分析1、建筑物的支柱是怎样承受压力的？、建筑物的支柱是怎样承受压力的？2、扭绞的绳子为什么不
12、容易拉断？、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？构设计中应如何考虑强度因素？（二）强度与材料（二）强度与材料 1 1、强度与材料、强度与材料通过实例揭示结构强度与材料的关系。通过实例揭示结构强度与材料的关系。讨论与分析：讨论与分析：1、根据混凝土梁受荷载的情况，讨论混凝土梁、根据混凝土梁受荷载的情况，讨论混凝土梁所存在的弱点。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、解释混凝土梁加入钢筋后是如何克服混凝土梁的弱点的。梁的弱点的。3、如果在建筑物建造过程中，钢筋混凝土梁未、如果
13、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？在受到规定的荷载下将会发生什么情况？知识窗知识窗许用应力许用应力 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。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、强度与材料的形状设计与实践设计与实践结论：结构的强度与结论：结构的强度与材料有关，
14、还与所用材料有关，还与所用材料本身的形状有关。材料本身的形状有关。薄板材料可以通过折叠薄板材料可以通过折叠改变结构来加固改变结构来加固知知 识识 窗窗刚刚 度度 刚度是指构件抵抗变形的能力。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，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。构件的变形必须限制在允许的范围内。知识的运用知识的运用 说说你见过的这些各种形状说说你见过的这些各种形状材料，它们常用在什么地方？材料，它们常用在什么地方？