第三节第三节 结构强度与稳定性结构强度与稳定性重庆“楼脆脆” 山东“楼垮垮”地震废墟? 物体结构抵物体结构抵抗破坏的能力抗破坏的能力弱弱。08地震中最牛学校地震中最牛学校刘汉希望小学刘汉希望小学0808最牛民房震后独存最牛民房震后独存 地震局前往考察地震局前往考察 物体结构抵物体结构抵抗破坏的能力抗破坏的能力强强。 结构的强度结构的强度强度：强度：物体结构抵抗破坏的能力物体结构抵抗破坏的能力内力：内力：外力使构件发生变形的同时，外力使构件发生变形的同时，构件内部分子之间随之产生一种抵构件内部分子之间随之产生一种抵抗变形的抵抗力抗变形的抵抗力结构为什么能抵抗破坏呢？结构为什么能抵抗破坏呢？ 结构的强度结构的强度小试验：纸条拉断小试验：纸条拉断从上面表格的数据中，你领悟到了什么？ 纸条数目越多，越难被拉断。纸条数目越多，越难被拉断。 受力截面积大，承受能力越强。受力截面积大，承受能力越强。数据数据记录记录纸条数纸条数拉断难易程度拉断难易程度1非常容易非常容易2容易容易4较难较难8很难或拉不断很难或拉不断 结构的强度结构的强度应力与强度外力：外力是使结构发生形变作用的力。外力是使结构发生形变作用的力。内力：内力，就是用来抵抗外力与变形，内力：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。并力图使变形部分复原的力。强度：承受外力而不被破坏的能力。强度：承受外力而不被破坏的能力。应力应力：作用在单位面积上的内力作用在单位面积上的内力。公式公式公式公式：公式中，公式中，N为内力，为内力，S为构件截面积。为构件截面积。应力应力的计量单位为的计量单位为N/mm2或或N/cm2对应内力最大值，应力也有一个最大值，称为对应内力最大值，应力也有一个最大值，称为容许应力容许应力，即结构所能承受的最大应力。即结构所能承受的最大应力。 结构受到的应力大于容许应力时，就会被破坏。结构受到的应力大于容许应力时，就会被破坏。结构受到的应力大于容许应力时，就会被破坏。结构受到的应力大于容许应力时，就会被破坏。应力与强度影响结构强度的因素影响结构强度的因素1、结构的材料影响结构强度的主要因素材质轻、韧性高、易加工。木材的强度不及钢材 强度和刚性较高，塑性好 合成材料 尼龙丝是一种合成纤维，其纤维方向的拉伸强度与结构钢丝的强度相当，所以降落伞的绳索就可以用尼龙纤维来制作 。影响结构强度的主要因素2、结构的形状一体式 挤压式 接插式影响结构强度的主要因素3、结构的连接方式P28可相对运动式（活动） 不可相对运动式（刚性）点连接 线连接 面连接从实现连接的形态来看：从被连接件间的状态关系来看：从接触来看：焊接、铆接示意图 连接方式一体式挤压式插接式 铰连接铰连接：被连接的构件在连接处：被连接的构件在连接处不能相对移动，但可以相对转动，具不能相对移动，但可以相对转动，具体有松螺栓、松铆等。体有松螺栓、松铆等。 连接方式连接方式 刚连接：刚连接：被连接的构件在连接处不能相被连接的构件在连接处不能相对移动，也不能相对转动，具体有榫接、对移动，也不能相对转动，具体有榫接、胶接、焊接等。胶接、焊接等。胶接胶接榫榫接接焊接焊接榫卯榫卯snsn momo 是实木家具中通是实木家具中通常在相连接的两常在相连接的两构件上采用一种构件上采用一种凹凸处理的接合凹凸处理的接合方式。凸出部分方式。凸出部分叫榫（或榫头）；叫榫（或榫头）；凹进部分叫卯凹进部分叫卯（或榫眼、榫槽）（或榫眼、榫槽） 榫榫卯卯应县木塔 应县木塔建于北宋至应县木塔建于北宋至和三年和三年（公元（公元10561056年），年），塔高塔高67.3167.31米，底层米，底层直径为直径为30.2730.27米，共米，共五层六檐，全塔在结五层六檐，全塔在结构上没用一个铁钉子，构上没用一个铁钉子，全靠构件互相榫卯咬全靠构件互相榫卯咬合，建成九百多年来，合，建成九百多年来，历尽沧桑，经历无数历尽沧桑，经历无数次战乱和自然灾害，次战乱和自然灾害，至今岿然不动。至今岿然不动。影响结构强度的因素形状形状结构的外部形状、结构的外部形状、构件的截面形状。构件的截面形状。材料材料连接方式连接方式铰连接铰连接刚连接刚连接构件尺寸（截面积）构件尺寸（截面积）一个物体结构强大，说明它抵抗破坏的能力强，那么大家现在来判断：上面例子哪些能说明结构强度大？真实的谎言（片段）台风莫拉克莫拉克带来的风暴造成嘉义县洪水泛滥 二、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。 阅读书中29页稳定性的概念。结构具有阻碍翻倒或移动的特性，这就是结构稳定性稳定性概念稳定性概念稳定：当扰动消失后，能重新返稳定：当扰动消失后，能重新返回到原平衡状态。回到原平衡状态。不稳定：当扰动消失后，不能不稳定：当扰动消失后，不能重新返回原平衡状态。重新返回原平衡状态。稳定性概念稳定性概念观看视频，想办法使自己在风雨中屹立不倒？ 视频：台风“莫拉克”侵袭台湾影响结构稳定性的主要因素：重心 位置的高低结构的形状接触面支撑面 分析不同垒法的墙的稳定性，当施加同样的力时，哪种垒法的墙不容易倾倒？你认为最好的垒法是什么？ 野外勘探仪为什野外勘探仪为什么用三角架支撑么用三角架支撑而不用四角架？而不用四角架？五角架五角架临时摆放的屏风为什么摆成字型，而不摆成一字型？临时摆放的屏风为什么摆成字型，而不摆成一字型？临时摆放的屏风为什么摆成字型，而不摆成一字型？临时摆放的屏风为什么摆成字型，而不摆成一字型？影响结构稳定性的主要因素 重心位置的高低结构与地面接触所形成的支撑面的 大小结构的形状影响结构稳定性的因素是相互关联的结构稳定的基本条件重心所在点的垂线落在结构底面的范围内单脚支撑双脚支撑静态的自行车是如何保持稳定的？自行车在骑起来时，只有两个支撑点，为什么不会倒下呢？陀螺效应：旋转的物体有保持其旋转方向（旋转轴的方向）的惯性。自行车在骑起来时，只有两个支撑点，为什么不会倒下呢？自行车的平衡首先来自于骑车人腰部的肌肉。熟练的骑车人，其身体形成自动的条件反射，当自行车稍微倾斜倒下时，人的身体会感受到，腰部肌肉会自动动作，把身体拉向另一侧，形成的反向力矩促使车身抬起。 比萨斜塔当地人希望这座塔继续保持倾斜，但不倒塌，因为它能吸引众多游客。比萨斜塔向南倾斜大约5.5，这意味着斜塔第七层的柱子比第一层要探出大约4.5m。这些年来，由于地基的不稳定性质，塔已经平均下沉了2.8m，塔的北端和南端已分别下沉了1.86m和3.75m。塔的倾斜使建筑底层部分垂直压力产生了危险的集中，塔的拉力已使螺旋型楼梯的台阶和天花板产生了裂缝。上海东方明珠塔的结构成锥型结构，保证上面的球型建筑的稳定 不稳定结构的应用思考：不稳定的结构就一定没有用么？倒置的啤酒瓶预测地震？倒置的啤酒瓶预测地震？跨栏、跳高的标杆？跨栏、跳高的标杆？跷跷板跷跷板不稳定结构的应用过去农村地区，在打水的桶口边挂 一重物，在水面时能自动翻倒打水思考：如何增加结构的稳定性？2008年的南方特大雪灾，导致大面积断电，主要原因是大量的输电塔倒塌，不考虑百年一遇的天气因素，请你分析输电塔倒塌的技术原因，并设计出增强输电塔结构稳定性的可行方案。思考探究以前的农作物个子高，遭遇暴风骤雨容易倾覆，造成减产；现在的农作物普遍个子矮。这是利用了什么的原理？由此你得出什么结论？