二、结构与稳定性

一阵大风过后，我们会看到摆放在路边的自行车被吹倒了，然而放在附近的矮木凳却纹丝不动，并没有被吹翻。大家会说，这是因为自行车的稳定性较弱，而矮木凳的稳定性比自行车强得多。

结构的稳定性是指结构在载荷作用下维持其原有平衡状态的能力。稳定并不是指一个物体的状态绝对不变，当载荷消失后物体能够重新回到原有的平衡状态，我们也称其为稳定。

根据结构的稳定性所涉及的问题，我们从以下两个方面进行讨论：结构的形状稳定性和结构的位置稳定性。

（一）结构的形状稳定性

我们先做个小试验：

（1）将三根木条用钉子钉成如图1.19a所示的三角形木架，然后沿箭头所示的方向扭动它，观察它的形状变化。

（2）将四根木条用钉子钉成如图1.19b所示的四边形木架，然后沿箭头所示的方向扭动它，观察它的形状变化。

（3）在四边形木架上再沿对角线方向钉一根木条，使之成为图1.19c所示的形状，然后沿箭头所示的方向扭动它，观察它的形状变化。

a　　　　　　b　　　　　c

图1．19　三角形和四边形木架

通过实验我们能够发现，用三根木条钉一个三角形，在外力作用下其形状和大小都不改变。也就是说，如果一个三角形的三条边的长度固定了，那么三角形的形状和大小就完全确定了，三角形具有结构稳定性。而用四根木条钉成的四边形木架，在外力作用下很容易改变形状和大小，四边形具有结构不稳定性（易变性）。在四边形木架上沿对角线方向钉一根木条后，在外力作用下形状和大小并不改变。这是因为一个四边形分成了两个三角形，结构由不稳定结构转变为稳定结构。

三角形结构和四边形结构在生产和生活中都有着广泛的应用。

三角形结构稳定性好、不易变形，广泛应用于人类的生产生活中，如晾衣架、三角尺、钢架桥、起重机、屋顶的钢架等。

四边形结构易变形，灵活性强，也获得了广泛的应用，如活动衣架、缩放尺、活动铁门等。

对于多边形结构，人们经常采用加连杆的方式，将其划分成几个三角形，以增强其结构稳定性，如图1.20所示。

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图1.20　多边形木架增加连杆

由此可见，三角形结构是最稳定的形状。结构的形状稳定性除了主要取决于结构的形状外，还与结构的连接方式及所采用的材料等有密切的关系。