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(共46张PPT)
第2节 桥梁的结构与制作
浙教版八年级科学上册
第五章 建筑结构与工程
学习目录
桥梁的结构
1
桥梁的受力
2
桥梁的设计与制作
3
学习目标
科学观念
科学思维
了解建筑结构的基本分类，理解结构与功能的关系，建立建筑结构决定其功能的科学观念；掌握结构受力与形变的关系，建立结构稳定性与材料、形状关联的科学观念。
能通过分析建筑实例解释不同结构的功能实现原理，强化结构与功能关系的科学思维；能结合实验归纳结构受力特点，强化材料性质与结构强度关联的科学思维。
实践探索
通过搭建三角形与四边形框架模型，对比分析其稳定性差异，总结三角形结构稳定性优势的操作要点；通过模拟拱形桥石块受力实验，探究力的传递路径，验证结构稳定性的影响因素。
态度责任
在实验中准确记录结构形变数据，尊重客观事实，避免主观臆断；通过小组合作完成蜂窝结构模型制作，养成严谨的科学态度与团队协作精神。
课堂导入
连接香港、珠海、澳门的港珠澳大桥，是至今为止世界上最长的跨海大桥，极大地缩短了三地之间的距离。那么,桥梁有什么特征 为什么桥梁不仅能够支撑起自身的重量，而且还能够承载来来往往的车辆
PART 01
桥梁的结构
新知讲解
现代的桥梁多采用强度大的钢材来建造。如图5.2-1所示，常见的桥梁一般由主梁、桥墩、桥台等组成。主梁直接承受自身重力以及车辆等重力，桥墩承受主梁向下的力并将力传到基座，桥台指桥的两端起支撑作用的部分。
按照结构和受力特点，桥梁可分为梁式桥、拱桥、悬索桥、斜拉桥等。
一、桥梁的结构
梁式桥 梁式桥是指采用梁或桁架梁作为主要承重结构的桥梁。在结构简单的桥梁中，工程师直接把主梁的两端架在桥台上。
如图5.2-3所示，由许多杆件在其端点处相互连接起来，成为三角形的结构，这种构件称为“桁架”。桁架桥是指用桁架梁作主要承重结构的桥梁，它实际上是一种加固了的梁式桥。
一、桥梁的结构
拱桥 拱桥是用拱圈或拱肋作为桥身主要承重结构的桥。举世闻名的赵州桥，是我国古代石拱桥的杰出代表，建于595～605年，为单孔敞肩石拱桥，跨度37.37m。赵州桥在桥梁的两端各设置两个小拱(敞肩拱),减轻了桥自身所受的重力，提升了泄洪能力。拱桥造型优美，是我国古代常见的桥梁类型，建于明朝的杭州运河上的拱宸桥也属于石拱桥。
一、桥梁的结构
悬索桥 悬索桥通过索塔悬挂缆索，并将缆索锚固于两岸(或桥两端),从缆索上垂下吊杆，吊住桥面主梁。2016年建成通车的、主跨为900m的四渡河大桥，是目前在深山峡谷里修建的全球最长的悬索桥。
一、桥梁的结构
斜拉桥 斜拉桥是将主梁用许多根拉索直接拉在桥塔上的一种桥梁。斜拉桥由承受拉力的桥塔、拉索和主梁体组成。例如，2016年建成通车的、主跨为720m的北盘江大桥，跨越云、贵两省交界的大峡谷，为全球最高的斜拉桥。
一、桥梁的结构
你在上学途中需要经过桥梁吗 如有，这些桥梁的形状是怎么样的 你能把其中一座桥梁的大致形状画出来吗
PART 02
桥梁的受力
新知讲解
我们把桥梁本身的自重以及它承载的车辆、行人等的重量统称为荷载。既然桥梁在荷载的作用下不会倒塌，那么就一定有一个向上的力来平衡。
二、桥梁的受力
梁式桥的受力 在荷载的作用下，桥的主梁受到向下的作用力发生形变而向下弯曲，主梁就产生向上的弹力，支撑着梁上的物体，如图5.2-8所示。
二、桥梁的受力
拱桥的受力 拱桥在竖直方向荷载作用下，对整座桥产生了一个指向桥台的挤压的力，把桥的拱部紧紧地挤压在一起。桥的拱部把受到荷载的重力传递至拱形结构的两端，因此，基座不仅受到竖直向下的压力，也受到水平方向的力。从而，两侧基座会给拱形结构施加相互作用力，即竖直向上的支持力和水平方向的力。
二、桥梁的受力
1.利用一块木板、绳子、书建造一座悬索桥。
2.把两张椅子背对背地放置，在椅子的靠背上拉两根绳子，两端让同学用手拉住。
3.接着在两根长绳之间系上三段绳子，然后在上面放上一块木板。
4.请同学紧紧拉住绳子的两端，然后往木板上加书，看看究竟能够堆多少本书
5.想一想：为什么绳子的两端必须请同学拉紧
悬索桥的受力 悬索桥用悬挂在两边索塔上的缆索作为主要承重结构，并在两岸修筑巨大的锚碇结构来固定缆索的两端。桥面主梁通过吊杆吊在缆索上，在竖直方向荷载作用下，通过吊杆使缆索承受拉力，支撑着桥的主梁。
二、桥梁的受力
斜拉桥的受力 斜拉桥将多根缆索的一端固定在索塔上，另一端拉着桥的主梁。荷载通过缆索传至索塔，再通过索塔传至桥的基座。与悬索桥相比，斜拉桥在荷载作用下的结构形变小，且其抵抗风的能力比悬索桥强。
二、桥梁的受力
斜拉桥的索塔一般建造得很高，索塔建得高有什么好处 索塔是不是建得越高越好
建筑艺术
桥梁是人类文明的产物，它作为科学、技术和艺术凝结成的建筑构造，体现出实用价值和审美价值。因此，一座桥梁不仅体现在技术方面的巧妙和精湛，也体现着桥梁与自然、桥梁结构与受力平衡的美。工程师们通过确定具有比例的简单几何形(如圆形、方形、三角形等)作为基准，用来控制建筑整体，特别是外形轮廓及各局部的设计构图，使其形成一定的由几何形状制约的结构，从而获得和谐美。
PART 03
桥梁的设计与制作
新知讲解
人们设计和制作的结构是为了完成某种任务或满足特定的需要。桥梁的作用就是帮助人们跨越障碍物、使人们可以通过桥梁越过河流等，这就需要对桥梁的跨度、所能承受的荷载有一定要求。因此，在进行结构设计时，必须明确设计目标、需要解决的问题和解决问题需要考虑的主要因素，同时应考虑结构的安全性、强度、稳定性、适用性、成本等。
三、桥梁的设计与制作
结构设计必须遵循设计的一般过程，一般需经历如图5.2-13所示的若干环节。
三、桥梁的设计与制作
桥梁模型的制作与探究
目标
依据条件设计和制作高承重、有创意的桥梁模型，对桥梁模型进行测试，并开展相关实验探究。
桥梁模型的制作与探究
器材
过程
1.确定标准。
依据选用材料对桥梁的长度、宽度等基本参数设定标准，并填写补充到表5.2-1中。
2.设计方案。
依据配件或自选器材，设计桥梁的整体结构，绘制出设计图。
3.制作桥梁。
(1)学习技术。
①基本结构。直杆A为各接口间的连接杆，如图5.2-15甲。将2根直杆拼接后可作为非等腰直角三角形的斜边，如5.2-15乙。将斜杆B作为等腰直角三角形的斜边，如5.2-15丙。盖板作为桥梁中间的路面连接，如5.2-15丁。
②斜拉加强杆。正四边形是一个很不稳定的形状，在正四边形里加入了斜拉加强杆后，结构就会变得异常牢固，如图5.2-16。
(2)按照设计图纸组装、制作桥梁模型，示意图如图5.2-17所示。
4.测试评价。
依据标准对桥梁的长度、宽度、高度、自重、承重力等参数进行测量、评价，设计记录表格，将结果记录于表中。
5.实验探究。
探究桥梁模型的承重力与哪些因素有关 请设计实验方案并进行实验，撰写实验报告。
PART 04
课堂总结
课堂总结
课堂总结
课堂总结
桥梁的设计与制作
结构设计考虑因素
明确设计目标、需要解决的问题、解决问题需要考虑的主要因素 、安全性 、强度、稳定性 、适用性 、成本
结构设计的一般过程
明确内容
制订设计方案
制作模型或原型
优化与完善
PART 05
练习与应用
下面桥梁类型是梁式桥的是( )
练习与应用
【答案】D
【解答】梁式桥是指采用梁或桁架梁作为主要承重结构的桥梁。 梁式桥结构简单，适用于跨度小且交通量较小的场合。拱桥是用 拱圈或拱肋作为桥身主要承重结构的桥，常见的有圆拱桥、扁拱 桥、等截面拱桥等。斜拉桥是指通过斜拉索将桥面悬挂在桥塔上 的桥梁，适用于跨度大的场合。悬索桥通过索塔悬挂缆索，并将 缆索锚固于两岸。由以上可知，选项A 是斜拉桥，B 是 拱 桥 ，C 是 悬索桥，D 是梁式桥。
A
B
C
D
（1）对比如图中两种结构的桥， 的承重力更大(选填字母序号)。
(2)这种桥能承受更大压力的秘密是 。
A. 用料多 B.选择了特别的材料 C.能分散压力，抵住外推力
练习与应用
【答案】（1）B（2）C
【解答】(1)对比题图中两种结构的桥，左图A 是梁式桥，右图B 是 拱桥，拱桥承重力更大。
(2)拱形承载重量时，能把压力向下和向外传递给相邻的部分，能 分散压力，抵住外推力，拱形各部分相互挤压结合得更加紧密，因 此拱桥能承受更大的压力。
三名同学分别用一张16开的白纸和两个相距10cm的桥墩搭一座纸桥。能在纸桥上放棋子最多的是（ ）
练习与应用
【答案】B
【解答】 在这三种形状的桥面中 ，“W”形纸桥承受力最大，因为把形状变成“W”形，不但改变了材料的厚度，也改变了材料的结构，大大增加了材料的抗弯曲能力。
PART 06
提升训练
小明发现生活中的桥千差万别，各具特色，如图甲所示。 桥有些是平板桥，有些是向上凸起的凸形桥，也有些是向下凹的凹 形桥。这引起了他的思考：所有桥梁的功能都是有利于人和车辆的通行，那么汽车行驶时对凸形桥和凹形桥的压力一样吗 哪种桥容易被压坏
提升训练
为此小明将汽车通行凸形桥和凹形桥的运动路径简化为曲线轨道， 并构建了图乙所示的模型，A 点是凸形桥的最高点，B 点是凹形桥的 最低点。先固定轨道，再将压力传感器固定在A、B两点的下面。如 图丙所示，汽车通过时压力显示器就显示出压力的大小了。他猜 想：汽车通过不同形状的桥时对桥的压力，可能与汽车的质量、汽 车过桥的速度大小、桥面的粗糙程度、A、B 两点所在曲线轨道(可 以看成是圆的 一 部分)的半径等因素有关。小明让玩具小车通过 图乙的曲线轨道(玩具小车通过轨道时不会压坏轨道),这就模拟 了汽车通过凸形桥、凹形桥的情景。
请回答下列问题：
(1)玩具小车在图乙的曲线轨道匀速前进，它的运动状态是 (选填“改变”或“不变”)的。
(2)玩具小车对桥的压力和桥对玩具小车的支持力是 一 对 (选填“平衡力”或“相互作用力”)。
提升训练
(3)实验时，小明让玩具小车在轨道上以相同的速度通过A、B 两 点，收集到压力显示器显示的数据如下表所示。分析下表数据可 以得到结论：
①分析1、4(或2、5或3、6)次实验数据，可以得出结论：玩具小车通过 A 点 或B 点时，玩具小车对桥面的压力与玩具小车的 有 关；
②分析1、2、3次实验数据可以得出结论：玩具小车通过A 点或B 点时，玩具小车对桥面的压力与玩具小车的 有关；
③由表中数据可知， 一 定质量的小车以相同的速度通过A 点 或 B 点时，容易压坏桥的是 ( 选 填“A” 或 “B”) 点 。
提升训练
提升训练
实验 次数 速度 v/(m · s ) 玩具小车的 重力G/N 玩具小车对凸形桥 A点压力F /N 玩具小车对凹形桥 B点压力F /N
1 V 2.00 1.80 2.40
2 V 2.00 1.60 2.80
3 V 2.00 1.50 3.00
4 V 3.00 2.70 3.60
5 V 3.00 2.40 4.20
6 V 3.00 2.25 4.50
提升训练
【答案】(1)改变 (2)相互作用力 (3) ① 重 力 ② 速 度 ③ B
【解答】(1)玩具小车在题图乙的曲线轨道匀速前进，速度大小不变， 但运动方向改变，所以它的运动状态是改变的。
(2)玩具小车对桥的压力和桥对玩具小车的支持力大小相等、方向 相反、作用在不同物体上，是一对相互作用力。

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