复习。上节课我们学习了影响结构稳固的一个主要因素:结构的稳定性。这节课我们接着学习影响结构稳固的另外两个因素:结构的强度和结构的连接。那么,什么是结构的强度?
一、结构的强度
1、结构的强度是指结构具有的抵抗破坏的能力。(可与稳定性作比较)
指出:结构的强度是通过构件和材料来体现的。
2、强度与应力
设问:想一想,在材料相同的情况下,构件被破坏的危险程度与什么有关?
A、分析:
⑴内力。构件在外力的作用下会变形,同时其内部各质点之间的相互作用力发生了改变,产生一种抵抗外力的力,称为内力。
一般来说,外力越大,构件的内力随之越大,构件被破坏的危险就越大。
⑵横截面积。
演示实验:在相同外力及材料的条件下,粗细不同的两根泡沫塑料杆的承重试验。引导学生得出结论:构件被破坏的危险程度还与它的截面积有关,横截面积越大,被破坏的危险性越小。
⑶在材料相同的情况下,构件被破坏的危险程度与它的内力以及横截面积有关,我们把这两者的比值称为应力。用公式表示:δ=N/A。
应力:构件单位截面面积所受的内力称为构件的应力。应力的单位是帕(Pa),与压强相同。
应力又分为正应力和剪(切)应力。同截面垂直的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。
B、深入:
(1)建筑物的支柱是怎样承受压力的?假设支柱的横截面为边长L的正方形,支柱顶受轴向压力P,支柱重力G,求支柱的底截面l-l上的应力。
生:讨论回答
师:(分析解答)做截面,将柱子上半部分隔离,则其受到的力为P+G。
根据平衡条件可知,内力N=P+G。
所以应力δ=N/S=(P+G)/S。
(2)扭绞的绳子为什么不容易拉断?拔河用的绳子为什么要做成这个样子?
生:讨论回答
师:分析解答:拔河的时候,绳受到两边拉力的作用,内部就产生了抵抗拉力的张力。当张力超过一定值时,绳子就会在应力最大的地方被拉断。若把多股细绳绞合在一起,既可以防止它们之间的相对移动,保证各股细绳同时受力,实际上也就是有效地增大了绳子的横截面积,减少了绳子的应力。
3、强度与材料
⑴强度与材料
我们都会有这样的经验,用手挤压纸杯,纸杯就会变形;而用同样的力挤压不锈钢杯,不锈钢杯的外形则无明显改变。这说明了结构强度与材料有关。
当应力达到某一极限值时,构件便会被破坏,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。许用应力分许用抗压应力和许用抗拉应力。如表1-3。
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