常見結構的認識
(二)、技術領域中的結構
[閱讀案例]:羊毛衣,潛水艇……。
魁北克大橋的坍塌。
[學生思考]:大橋坍塌的原因是什么?
擅自改變橋的結構。19xx年,加拿大魁北克附近的圣勞倫斯河上落成了全球最長的拱橋。該橋采用了比較新穎的懸臂構造,這樣的結構非常流行。盡管只比蘇格蘭愛丁堡福斯河上非常成功的懸臂大橋稍長一點,但魁北克大橋存在設計問題,還未完工就坍塌了。
目前,鋼索斜拉橋的技術應用已經達到了極限,遠遠超乎了設計者們最初的想象。斜拉構造的普遍成功讓這種橋型幾乎無處不在。于是,橋面長度的日益增長已經步入了曾導致事故的做法后塵。鋼索斜拉橋重大事故是否會很快出現,還是會出現在歷史提示的2030年,這并不取決于計算機分析,而是取決于橋梁工程師是否了解過去的歷史,并下定決心避免事故的重演。
(三)、社會領域中的結構
一篇文章的內容結構影響文章的表達與質量, 一家企業的人員結構關乎企業的運行與效率。
[馬上行動]:請分別列舉自然界、技術領域、社會領域給你印象較深的有關結構的事例?
文化、經濟格局等
二、 結構與力
從力學角度來說, 結構是指可承受一定力的架構形態, 它可以抵抗能引起形狀和大小改變的力。
[分析]自行車的受力情況
[講解]應力概念。
當一個結構受到外力作用時,內部各質點之間的相互作用會發生改變, 產生一種抵抗的力 , 稱為內力。應力達到某一極限值時, 結構就會遭到破壞。用公式表示應力為σ =f/s, 其中 ,f 是內力 ,s 是受力面積 , σ是應力。
[講解]構件的基本受力形式:拉力、壓力、剪切力、扭轉力和彎曲力。
[案例分析]:人坐在椅子上, 椅面受到的力;行人和車輛通行的橋面受到的力。
[學生概括]五種基本受力形式:
拉 力
物體所承受的拉拽力
壓 力
擠壓物體的力
剪切力
兩個距離很近 ,大小相等,方向相反,且作用于同一物體上的平行力
扭轉力
反方向向物體兩端均勻施力 ,使物體發生扭轉形變的力
彎曲力
作用于物體 ,使它產生彎曲的力
[分析案例]學習椅面、簡易橋梁的受力,分析結構是如何承受力的。
[展示]一些采用架、梁、拱結構的建筑物的圖片!
[試驗]指導學生做“紙板承受壓力試驗”:
比較不同形狀的紙板承受壓力的大小。
試驗準備、試驗過程(略)
回答問題:
1. 哪種情況下紙板的抗壓能力最強?
2. 舉例說明這一結論在實際應用中有什么意義。
3. 如果把紙板折成瓦楞狀,試驗結果會發生什么變化?
[探究]:觀察右圖,說明石磨的推桿為什么要用一根繩子吊起來。
三、結構的類型:
1實體結構:實心結構
受力特點:外力分布在整個體積中
實體結構可以連續傳遞載荷,適于承受壓力。
案例分析: 實心墻等
2框架結構:細長的構件
受力特點:支撐空間而不充滿空間
框架結構是由桿件或板件連接而成的,構件可以是空心,也可以是實心;可以是平面框架,也可以是空間框架。由于這種結構用料少,可以承受多種載荷,因此用得很廣泛。
案例分析 : 竹排