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建筑结构与工程
认识结构的基本类型（框架、壳体、实心等）及其特点，理解结构的稳定性与强度概念。
通过实验探究，知道影响结构稳定性的主要因素（如重心位置、支撑面）和影响强度的主要因素（如材料、形状、连接方式）。
了解常见建筑结构（如拱形、三角形）的承重原理。
能运用所学知识，设计并制作一个简单结构模型（如桥梁、塔台），测试其承重能力并进行优化。
培养工程思维与实践能力，体会科学、技术、工程之间的联系，树立安全与创新意识。
知识点一 建筑结构与功能
1.建筑结构及其分类
（1）结构:组成事物的各个部分之间的有序搭配和空间排列，涵盖自然界物质和人类创造的产物。
（2）建筑结构分类（依据受力情况）
①框架结构：以刚性的杆作为梁和柱组成的结构，刚性杆按一定规则空间排布，支撑空间而不充满空间，共同承受外力。如钱塘江大桥（铁路、公路两用双层桥，利用框架结构特性保障承载能力和稳定性）。
②壳体结构：层状结构，由若干块薄板组成，薄板做成具有曲面轮廓的外形。
③实体结构：结构体本身是实心的结构，利用自身来承受力，受力分布在整个实体上。如桥墩（承受桥梁上部结构荷载）、房屋基座（支撑房屋整体重量）、雕塑基座（稳固雕塑）、城墙（抵御外敌、承受自身重力及外部冲击）。
2.结构受力与形变
（1）结构受力：结构是能够承受一定力的架构，通过自身形变抵抗外力作用（如桥梁承受车辆荷载时发生弯曲形变抵抗压力）。
（2）影响结构承受力大小的因素：形状、材料
（3）横梁受力变形
（4）三角形桁架结构
（5）弧形拱结构
3.建筑结构的功能
（1）结构的稳定性：结构在外力作用下维持原有平衡状态的能力，是保障建筑安全使用的基础。影响因素：重心高低、支撑面大小。
（2）结构强度：结构抵抗外力作用的能力，与结构形状、材料、连接方式等密切相关。
（3）增强结构强度的方式：三角形是框架结构的基本构造之一，在框架中加入支撑杆件构成多个三角形，可显著增加结构强度。
（4）框架构件截面形状与承力关系：相同材料的框架构件，因截面形状（工字形、口字形、环形、圆形等）不同，承受力大小不同（不同截面形状的几何特性导致力在构件内的分布和传递方式不同）。
（5）常见截面特点
①工字形：具有较高的抗弯强度，上下翼缘可有效抵抗弯曲应力，常用于建筑钢梁等。
②口字形：封闭截面提供较好的抗扭和抗弯性能，适用于需要抵抗扭转和弯曲组合作用的结构。
③环形：各向同性，在承受均匀分布的压力或拉力时表现良好，常用于管道、轴类等构件。
④圆形：受力均匀，抗扭性能好，常用于承受扭转力或需要在各个方向均匀受力的场合（如机械轴）。
（6）结构构件强度与材料选择
①材料对强度的影响：相同形状的结构构件，因材料不同强度各异（如混凝土抗压性好但抗拉性差，钢材抗拉性强，制作混凝土梁时加入钢筋可利用钢材抗拉优势弥补混凝土不足）。
②建筑结构与功能的关系：建筑结构决定其功能，结构变化可增强建筑功能以适应不同环境，良好的结构设计兼顾功能与形式，展现建筑的文化内涵（如国家游泳中心 “水立方”，半透明膜结构使其兼具隔热、利用太阳能等功能）。
知识点二 桥梁的结构与制作
1.桥梁的结构
（1）桥梁组成部分及作用
①主梁：直接承受自身重力以及车辆等的重力。
②桥墩：承受主梁向下的力并将力传到基座。
③桥台：位于桥的两端起支撑作用的部分。
（2）桥梁分类：梁式桥、拱桥、悬索桥
2.桥梁的受力
（1）荷载定义：桥梁本身受到的重力以及它承载的车辆、行人等的重力统称为荷载。
（2）平衡原理：桥梁在荷载作用下不倒塌，是因为存在一个向上的力来平衡荷载产生的作用。
（3）不同桥梁的受力特点
①梁式桥
②拱桥
③悬索桥
3.桥梁的设计与制作
（1）设计和制作结构的目的：为了完成某种任务或满足特定的需要（如桥梁帮助人们跨越障碍物、渡过河流等）。
（2）结构设计考虑的因素：安全性、强度、稳定性、美观、成本、适用性等。
（3）结构设计的流程：明确内容→制订设计方案→制作模型或原型→优化与完善。
知识点三 搭建一座简易人行浮桥
1.目标
根据浮桥设计要求，制定验收标准并设计施工图纸，培养创新思维。
通过实践，理解工程核心是设计，以及设计与工程的转化关系。
强化成本控制，运用科学、计算和批判性思维，保障浮桥性能并实现优化。
2.器材：桶装水空桶、饮料瓶、胶带、扎带、木条、复合板。
3.过程
明确问题：运用阿基米德原理和力学相关知识，用简易材料搭建一座长 6 m、可供约 70 kg 的人安全通行的浮桥，要求浮桥具有稳定性和牢固性。
设计方案
分组讨论：全班分成 6 个小组，每组负责建造 1 m 长的浮桥，每组预算≤100 元。
分组材料清单与成本：桶装水空桶、饮料瓶、宽胶带、长 / 短扎带、复合板、木条，总计 92 元。
绘制图纸：包括侧视图、分层设计、模块连接。
施工流程：浮箱组装、桥面安装、模块拼接。
安全性验证
浮力计算：核心浮箱和辅助浮力的总浮力计算，与浮桥自重、承载需求对比，若浮力不足需优化（如增加饮料瓶数量）。
优化方案：增加 4 个饮料瓶，总浮力提升至 750 N，总成本 94 元。
4.反思
困难：浮力不足导致桥体下沉；模块连接易松动；材料成本超支。
解决方法：增加桶装水空桶数量提升浮力；交叉扎带加固接口；优化材料配比。
收获：掌握浮力计算与模块化设计；提升团队协作与成本控制能力。
题型一 建筑的结构与功能
【例1】国家大剧院如图所示，它的整个壳体钢结构重达6475 吨，东西向长轴跨度212.2米，是目前世界上最大的穹顶。为什么能建起如此宏伟的建筑，秘密就在于其外形结构：壳体结构。从外观看，蛋壳、蚌壳这些壳体结构有的像半球形，有的成拱形，有的像圆球形，有的像不规则但非常美丽的弧形。尽管它们形态各异，却有着共同的力学特征：壳体结构在受到外力作用时，能够把力均匀分散在壳体的各个部分，使壳体单位面积上受到的力并不大，更为重要的是，在壳体上不存在作用力集中于一个地方的情况。
（1）下列著名建筑中没有利用壳体结构的是____。
A．悉尼歌剧院B．金字塔
C．赵州桥D．北京大兴国际机场
（2）鸡蛋握在手中不易损坏是因为____。
A．鸡蛋壳很厚 B．鸡蛋壳的硬度很大
C．鸡蛋壳内部是空心的 D．鸡蛋壳属于壳体结构
（3）站立在地面上，人的脚能够承载较大的重量，主要是因为____。
A．脚骨骼的数量多 B．脚部的肌肉发达
C．脚骨骼组成拱形结构 D．脚骨骼比钢铁还要坚硬
（4）下列对壳体结构受力示意图分析正确的是____。
A． B．
C． D．
【答案】（1）B
（2）D
（3）C
（4）C
【解答】(1)悉尼歌剧院顶部、赵州桥拱形造型、北京大兴国际机场顶部利用了壳体结构，金字塔没有利用此结构。
故答案为：B。
(2)鸡蛋壳属于壳体结构，握在手中不易损坏。
故答案为：D。
(3)脚骨骼组成拱形结构，属于壳体结构，在受力时能够把力均匀分散在壳体的各个部分，使壳体单位面积上受到的力并不大，所以能承载较大的重量。
故答案为：C。
(4)壳体结构在受到外力作用时，能够把力均匀分散在壳体的各个部分，故A、B、D不正确，C正确。故答案为：C。
【例2】赵州桥(如图所示)又称安济桥、大石桥，位于河北省石家庄市赵县城南的洨河上，始建于隋代(公元595年一605年)，由著名匠师李春设计建造，是世界上现存年代最久、跨度最大、保存最完整的单孔坦弧敞肩石拱桥。请回答下列问题：
（1）拱桥是用　 　作为桥身主要承重结构的桥，赵州桥的建造材料是　 　。
（2）赵州桥的桥梁称为“敞肩拱”，指的是　 　；“敞肩拱”的意义在于　 　
（3）除了杭州的拱宸桥，请再举出浙江省境内或你家乡的石拱桥：　 　
【答案】（1）拱圈或拱肋；石料
（2）桥梁的两端各设置两个小拱；减轻桥自身所受重力、提升泄洪能力
（3）临平塘栖的广济桥、绍兴的广宁桥、德清的寿昌桥、嘉兴的长虹桥、建德的白沙桥等(合理即可)
【解答】（1）拱桥的核心承重结构是拱，利用拱的力学特性分散荷载；赵州桥是石拱桥，建造材料为石材（石块砌筑而成）；
（2）“敞肩拱”的结构特点是大拱两肩开设小拱（而非实心拱肩）；从功能与结构角度，小拱既利于洪水期泄洪（减少水流冲击），又能减轻桥身自重、节省建材，同时优化了整体受力，提升桥梁稳定性；
（3）浙江省内有诸多历史石拱桥，如绍兴八字桥（宋代古桥，兼具交通与泄洪功能的石拱桥）、泰顺廊桥（部分廊桥下部为石拱结构，如北涧桥）、义乌古月桥（宋代单孔石拱桥）等。
【例3】2024年9月 27 日凌晨，榕山长江大桥正式开放交通，长江上再增一条过江通道，大桥惠及沿线30余万群众，大桥总长1513米，其中主桥长 1 055 米，桥面上的斜拉钢缆与桥面呈三角形结构，这是利用了(　　)
A．三角形的对称性 B．三角形的稳定性
C．三角形的灵活性 D．三角形的全等性
【答案】B
【解答】如题图所示的榕山长江大桥桥面上的斜拉钢缆与桥面呈三角形结构，这是利用了三角形具有稳定性，故只有B选项正确。
故答案为：B。
题型二 桥梁的结构与制作
【例1】在校科技节木桥承重比赛中，小叶设计制作了如图所示的桥梁模型，并进行了承重测试。在承重测试中，承重板通过挂钩与电子秤相连。通过往承重容器中不断加入重物来比较不同桥梁的承重能力，直至木桥受损。
温馨提示：该电子秤既可以测质量，也可以测重力。
（1）在承重测试中，往承重容器加入细沙而不是钩码作为重物的优点是　 　。
（2）已知承重板与桥梁的垂直接触面积约为20平方厘米，小叶的桥梁下方电子秤悬挂重物的最大重力为150N，不计电子秤、承重板的自重，求该桥梁所能承受的最大压强。(列式计算)
（3）请你说说有哪些方法可以增大桥梁的承重能力 　 　。(说出一条即可)
【答案】（1）可以连续改变重力大小
（2）根据压力等于重力，即F=G=mg=15kg×10N/kg=150N；
压强；
（3）适当增加材料的横截面积
【解答】 （1）往承重容器加入细沙而不是钩码作为重物，优点是沙子可以连续改变重力大小，便于准确确定最大承重；
（2）根据压力等于重力，即F=G=mg=15kg×10N/kg=150N；
压强；
（3）根据材料的横截面积影响承重能力，因而可以适当增加材料的横截面积。
【例2】如图所示为杭州的西兴大桥，又称钱江三桥，是连接杭州老城区与滨江、萧山两区及萧山国际机场的重要通道之一，是一座跨钱塘江的斜拉桥。斜拉桥的索塔一般都建造得很高，多根缆索的一端固定在索塔上，每根缆索的另一端拉着桥的主梁。
（1）与悬索桥相比，斜拉桥的突出优点是　 　
（2）斜拉桥的索塔一般都建造得很高的好处是　 　
（3）索塔的高度并不是无限增加的，因为其高度受到诸多因素影响，请写出索塔建造高度的影响因素：　 　(写出两方面因素即可)。
【答案】（1）在荷载作用下的结构形变小，抗风能力强
（2）可以为缆索提供更大的拉力
（3）①过高的索塔会增加建设成本；②过高的索塔增加了施工的难度和风险；③过高的索塔会增加受到的风荷载，可能影响桥梁的稳定性和安全性； ④索塔的高度需要考虑与周围环境的协调和美观性(合理即可)
【解答】（1）斜拉桥的拉索直接连接索塔与主梁，对主梁的支撑更直接，整体结构刚度大于悬索桥（悬索桥主缆柔性大，变形相对明显），因此斜拉桥抗风稳定性更优，主梁变形更小；
（2）索塔越高，拉索与水平面的倾斜角越大；根据力的分解，拉索拉力可分解为竖直分力（承担主梁竖向荷载）和水平分力（对主梁的水平作用）；倾斜角越大，竖直分力占比越大、水平分力越小，从而降低拉索的张力需求或减小对主梁的水平作用，优化结构受力；
（3）①过高的索塔会增加建设成本；
②过高的索塔增加了施工的难度和风险；
③过高的索塔会增加受到的风荷载，可能影响桥梁的稳定性和安全性；
④索塔的高度需要考虑与周围环境的协调和美观性(合理即可)
【例3】如图所示为四种木质桥梁设计模型，下列说法中，正确的是(　　)
A．方案②的结构强度比方案①高
B．方案②的结构强度比方案④高
C．方案①②中的桥板底部用支撑杆加固，不会发生弯曲形变
D．方案③④桥板的主要受力形式是受拉
【答案】B
【解答】 根据结构的强度和稳定性的定义可以得到方案①和方案②的稳定性及强度均大于后面两个，故B正确；
方案①②中的桥板底部用支撑杆加固，但由于材料是木质的，所以时间溜了也会发生弯曲形变，故C错误；
方案③④桥板的主要受力形式是受压，故D错误。
故选B。
题型三 搭建一座简易人形浮桥
【例1】在科学课上，同学们设计并制作了一个小型桥梁模型，用于探究桥梁的结构稳定性、强度和成本效益。以下是实验过程和相关问题：
实验背景：同学们选择制作一个简单的梁式桥模型，使用木条和胶水作为主要材料。桥梁模型的跨度为40厘米，宽度为5厘米。实验目标是测试桥梁模型的承载能力和稳定性，并分析材料成本。
实验过程：
设计与制作：同学们根据设计图纸制作了桥梁模型，确保结构对称且连接牢固。
材料成本：木条成本为0.5元/根，共使用了8根；胶水成本为2元/瓶，共使用了1瓶。
测试：在桥梁模型的中心位置逐渐增加重量，记录模型能够承受的最大荷载。同时，用风扇模拟风力，观察桥梁的稳定性。
（1）材料成本计算：桥梁模型的总材料成本为木条成本和胶水成本之和。木条成本为0.5元/根，共使用了8根；胶水成本为2元/瓶，共使用了1瓶。因此，桥梁模型的总材料成本为 　 　 元。
（2）荷载测试结果：在测试过程中，桥梁模型在中心位置能够承受的最大荷载为3千克。这说明桥梁模型的强度与 　 　 （填“材料”或“跨度”）密切相关，同时也受到制作工艺的影响。
（3）稳定性测试：当用风扇模拟风力时，桥梁模型在一定风力下能够保持稳定。这说明桥梁的稳定性不仅与结构设计有关，还与 　 　 （填“材料重量”或“材料强度”）有关。
（4）优化建议：根据实验结果，提出至少两条优化桥梁模型的建议，以提高其承载能力和稳定性。请结合材料选择、结构设计等方面进行分析。
【答案】（1）6
（2）材料
（3）材料强度
（4）优化建议如选用强度更高的木条、增加桥梁模型厚度等（合理即可）。
【解答】（1）木条成本为0.5元/根，用了8根，木条总成本为0.5×8=4元；胶水成本为2元/瓶，用了1瓶，胶水成本为2元；总材料成本为4+2=6元；
（2）实验中使用木条作为主要材料，测试得出桥梁模型能承受一定荷载，说明桥梁模型的强度与材料密切相关，同时制作工艺也会影响强度；
（3）用风扇模拟风力测试稳定性时，桥梁模型能保持稳定，结合材料和结构设计的影响，说明桥梁的稳定性不仅与结构设计有关，还与材料强度有关，材料强度足够才能在风力等作用下保持稳定；
（4）材料选择方面：可选用强度更高的木条，这样能让桥梁模型承受更大的荷载，因为强度高的材料本身能提供更好的支撑力；结构设计方面：增加桥梁模型的厚度，根据力学原理，厚度增加能提高结构的抗弯等性能，从而增强承载能力；也可以优化桥梁的连接方式，使各部分连接更牢固，减少因连接不牢导致的结构失效，提升稳定性。
【例2】桥的研究
（1）港珠澳大桥是我国境内连接香港、珠海和澳门的桥隧工程，全长55公里，是目前世界上最长的跨海大桥，也是我国交通史上技术最复杂、建设要求和标准最高的工程之一，它在2018年 10月24 日开通运营
港珠澳大桥图示部分的桥体从结构上看属于我们学过的　 　桥。这种桥的特点是跨度大，抗风性能好，稳定性强。
（2）小科和他的研究小组要共同设计建造一座桥。要求桥能跨越20cm 宽的峡谷，桥面的宽度要大于10 cm，至少能承重200 g的小车。图1是他们第一次设计的结构图。
①设计中，如果小科将桥面的宽度增加到20cm，那么桥面的承重能力会　 　。
②他们将桥面设计成圆纸管平铺(图4)，其最终目的是　 　。
③第二次改进时(图3)，增加了桥塔设计，下列三种设计中，如果其他条件相同，缆绳承受拉力最小的是　 　。
④用对比实验研究“桥塔高度对桥面承重能力的影响”，题(2)③中的三种桥梁设计图中，最合理的选择是　 　和　 　。
⑤从结构上看，图3结合了　 　和　 　两种桥的设计结构
【答案】（1）斜拉
（2）增大；增加桥面承重能力；C；A；B；斜拉桥；拱桥
【解答】1）根据对桥的结构的认识，港珠澳大桥图示部分的桥体从结构上看是属于我们学过的斜拉结构的桥。这种桥的特点是跨度大，抗风性能好，稳定性强。
（2）小科和他的研究小组要共同设计建造一座桥。要求桥能跨越20厘米宽的峡谷，桥面的宽度要大于10厘米，至少能承重200克的小车。图1是他们第一次设计的结构图。
①材料宽度影响抗弯曲能力，材料越宽，抗弯曲能力越强。设计中，如果小科将桥面的宽度增加到20厘米，那么桥面的承重能力会增大。
②他们将桥面设计成圆纸管平铺（图4），其最终目的是提高桥面承载能力。
③小组合作设计制作“桥梁”时，经历了五个环节：a.明确任务；d.交流初步想法；b.共同设计方案；e.制作“桥梁”；c.改进设计方案，再次制作。
④第二次改进时（图3），增加了桥塔设计，下列三种设计中，如果其他条件相同，缆绳承受拉力最小的是C。桥塔修得高，是为了降低钢缆的拉力。
⑤用对比实验研究“桥塔高度对桥面承重能力的影响”，上题所示的三种桥梁设计图中，最合理的选择是A和B，只改变桥塔高度一个变量。
⑥从结构上看，图3结合了斜拉桥和拱桥两种结构。
在某市的一条跨度较小的内河上建有一座如图甲所示的桥梁。现准备对桥梁结构进行改造，移除原先支撑梁板的墩柱，将该桥梁改造成如图乙所示。请回答第7~8题。
一、选择题
1．如图为某桥梁施工中的预制梁场，其优点是（　　）
A．缩短工期 B．降低精度 C．增加成本 D．依赖天气
【答案】A
【解析】【分析】桥梁预制场是为桥梁工程建设服务的关键环节，主要用于生产混凝土构件。施工控制质量相比现浇梁要好；施工快，与桥梁下部同时作业，不耽误工期，施工效率高；对施工现场周边的城市环境影响较小，环保。
【解答】A、在桥梁施工中设置预制梁场，将梁在预制场提前预制。这种预制施工方式可以和桥梁下部结构施工等其他工序同时进行。例如，当桥墩在现场进行施工时，梁在预制场同步预制，待桥墩施工完成，预制梁也制作好了，能较快进行架设，极大地减少了因等待梁制作而产生的时间浪费，从而有效缩短了整个桥梁工程的工期。所以选项A“缩短工期”是预制梁场的优点。
B、预制梁场一般配备较为专业的设备和技术人员，在相对稳定的环境中进行梁的预制，相比现场现浇等方式，更有利于控制施工精度，精度应该是提高而不是降低。所以选项B“降低精度”不符合预制梁场的实际情况，不是其优点。
C、虽然预制梁场前期需要投入一定的建设成本，包括场地建设、设备购置等，但从整体工程来看，预制梁场实现了规模化、标准化生产，提高了生产效率，减少了因天气等因素导致的窝工等情况，从长远和整体成本核算，并不一定会增加成本，反而有可能降低成本。所以选项C“增加成本”不是预制梁场的优点。
D、预制梁场在室内或有一定防护措施的场地内进行施工，相比完全露天的现场浇筑，受天气影响较小。例如遇到雨天、大风天等恶劣天气，在预制梁场内仍可以较为正常地开展预制工作。所以选项D“依赖天气”不符合预制梁场特点，不是其优点。
故答案为：A。
2．如图所示的桥梁模型，通过杆件穿插、叠压而成。材料甲与材料乙的相关尺寸如图所示，分析下表，下列关于杆件的选材及摆放方案，最合理的是（σ的值越小表示强度越强）（　　）
抗压强度 σ
抗弯强度 σ
A．选择材料甲，24作为尺寸h B．选择材料甲，16作为尺寸h
C．选择材料乙，22作为尺寸h D．选择材料乙，18作为尺寸h
【答案】A
【解析】【分析】强度公式：抗压强度：（S为横截面积，S= b×h），在压力F一定时，横截面积S越大，抗压强度越高；抗弯强度：，在力F、跨度L一定时，bh2越大，抗弯强度越高；结合两个公式来分析。
【解答】 A、选择材料甲，24作为尺寸h，材料甲的b=16，h=24，横截面积S = 16×24；bh2=16×242；
B、选择材料甲，16作为尺寸h。此时b=24，h=16，横截面积S = 24×16；bh2=24×162。对比选项A，bh2更小，抗弯强度更低；
C、选择材料乙，22作为尺寸h。材料乙的b=18，h=22，bh2=18×222；计算可得16×242=16×576=9216，18×222=18×484 =8712，16×242＞18×222，抗弯强度不如选项A；
D、选择材料乙，18作为尺寸h。此时b=22，h=18，bh2=22×182=22×324=7128，比选项A的bh2小很多，抗弯强度低；
综合来看，选项A中bh2最大，抗弯强度高；横截面积S也较大，抗压强度也能得到保障；
故答案为：A。
3．桥梁的承重力是指桥梁在设计条件下能够安全承受的最大荷载，包括自身重量、车辆荷载、风载等静态与动态作用力。下列因素中，直接决定桥梁构件的受力极限、对桥梁的承重力起关键作用的是（　　）
A．材料的抗压、抗拉强度，如钢材的屈服强度或混凝土的抗压强度等
B．如析架、拱形、悬索等不同的力学结构类型
C．桥墩与地基的承载能力
D．焊接、浇筑的工艺精度、施工质量
【答案】A
【解析】【分析】桥梁的承重力涉及到多个方面的因素。材料的强度决定了其在受力时抵抗破坏的能力；力学结构类型影响着荷载的传递和分布方式；桥墩与地基是桥梁的基础，其承载能力关系到整个桥梁的稳定性；工艺精度和施工质量也会对桥梁的实际承载性能产生影响。
【解答】A、材料的抗压、抗拉强度，如钢材的屈服强度或混凝土的抗压强度等，材料本身的强度是决定桥梁能够承受多大荷载的基础。如果材料强度不足，即使结构设计合理，桥墩与地基承载能力足够，桥梁也无法承受较大的荷载，所以材料强度对桥梁的承重力起关键作用。
B、不同的力学结构类型，如析架、拱形、悬索等，主要影响的是荷载在桥梁结构中的传递路径和分布情况。结构类型是基于材料的特性来设计的，以更好地发挥材料的强度优势，但它不是直接决定桥梁承重力的关键因素，关键还是材料能承受多大的力。
C、桥墩与地基的承载能力，它们是支撑桥梁上部结构的基础。然而，如果桥梁自身的材料强度不够，即使桥墩与地基能承受很大的力，桥梁上部结构也可能先发生破坏，所以桥墩与地基的承载能力不是决定桥梁承重力的关键因素。
D、焊接、浇筑的工艺精度、施工质量，良好的工艺精度和施工质量能保证桥梁结构的完整性和可靠性，使材料和结构更好地发挥作用。但如果材料本身强度不足，再好的施工质量也无法大幅提高桥梁的承重力，所以它不是关键因素。
故答案为：A。
4．世界上任何事物都存在结构，不同材料构成的结构其强度各不相同。下列材料最适合用于建造桥梁的支撑结构的是（　　）
A．木材 B．塑料 C．钢材 D．玻璃
【答案】C
【解析】【分析】不同材料的强度（抵抗破坏的能力）不同，桥梁支撑结构需要承受较大的荷载，因此材料需具备较高的强度、韧性等力学性能。
【解答】A、木材的强度较低，且易受腐蚀、虫蛀等影响，无法承受桥梁支撑结构所需的大荷载，故该选项错误。
B、塑料的强度和刚度都很低，不能满足桥梁支撑结构的受力要求，故该选项错误。
C、钢材具有较高的强度、韧性和良好的力学性能，能够承受桥梁支撑结构的巨大荷载，故该选项正确。
D、玻璃质地脆，强度低，受外力易破碎，不适合用于建造桥梁的支撑结构，故该选项错误。
故答案为：C。
5．桥梁伸缩缝的主要作用是（　　）
A．适应温度变化 B．增加强度
C．防止积水 D．美化外观
【答案】A
【解析】【分析】桥梁伸缩缝的作用是适应桥梁结构因温度变化产生的热胀冷缩，避免桥梁因温度应力而损坏。
【解答】A、桥梁伸缩缝主要用于适应温度变化，使桥梁能自由伸缩，故该选项正确。
B、伸缩缝的设置不会增加桥梁的强度，反而在一定程度上是结构的薄弱点，故该选项错误。
C、伸缩缝的主要作用不是防止积水，防止积水有其他专门的构造措施，故该选项错误。
D、伸缩缝的设计主要考虑功能，而非美化外观，故该选项错误。
故答案为：A。
6．如图为某桥梁模型测试，其目的是验证（　　）
A．美观性 B．结构强度 C．施工速度 D．材料成本
【答案】B
【解析】【分析】根据桥梁模型测试通常是通过模拟实际使用中的荷载等情况，来检验桥梁结构在受力时的承受能力，以此验证结构强度来分析。
【解答】桥梁模型测试通常是通过模拟实际使用中的荷载等情况，来检验桥梁结构在受力时的承受能力，以此验证结构强度。美观性并非模型测试的核心目的；施工速度属于施工环节的考量，与模型测试关联不大；材料成本也不是通过该模型测试来验证的。
故答案为：B。
7．下列桥梁中，跨度能力最大的是（　　）
A．梁桥 B．拱桥 C．悬索桥 D．斜拉桥
【答案】C
【解析】【分析】（1）梁桥是通过梁的抗弯能力来承受荷载，其跨度能力受梁的材料、截面尺寸等限制，一般跨度相对较小。
（2）拱桥是利用拱的抗压性能来承载，跨度比梁桥大，但受拱结构自身特点影响，跨度能力有一定局限。
（3）悬索桥是以悬索为主要承重结构，利用悬索的抗拉性能，能够实现很大的跨度，是目前跨度能力最大的桥梁类型之一。
（4）斜拉桥通过斜拉索将桥面荷载传递到桥塔，跨度能力较大，但相比悬索桥仍有差距。
【解答】A、梁桥主要靠梁的抗弯来承重，跨度能力较小，故该选项错误。
B、拱桥利用拱的抗压性承重，跨度比梁桥大，但不如悬索桥，故该选项错误。
C、悬索桥以悬索为主要承重结构，抗拉性能好，跨度能力最大，故该选项正确。
D、斜拉桥靠斜拉索传力，跨度能力较大，但小于悬索桥，故该选项错误。
故答案为：C。
8．如图所示为某悬索桥的结构示意图，以下关于该桥各构件主要受力形式分析不正确的是（　　）
A．设计中计算应力时应考虑各种可能的荷载
B．施工中擅自加长桥面可能对桥梁产生不利影响
C．主索受拉，吊索受拉，塔柱受压
D．刚性梁受弯曲，锚碇受压
【答案】D
【解析】【分析】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，同时还要考虑结构的安全性、强度、稳定性、适用性、成本等。
【解答】A、在设计桥梁时，为了确保桥梁的安全性和稳定性，必须考虑各种可能的荷载，如静荷载（桥梁自身重量、永久设备重量等）、动荷载车辆荷载、风荷载、地震荷载等），这样才能准确计算构件的应力，保证桥梁在各种情况下都能正常工作，故A正确；
B、施工中擅自加长桥面会增加桥面的重量和车辆荷载等，这些额外的荷载会作用在桥梁的各个构件上，可能导致构件的应力超过设计值，从而对桥梁产生不利影响，甚至可能危及桥梁的安全，故B正确；
C、在悬索桥中，主索主要承受拉力，它是将桥面荷载传递到锚碇的主要构件；吊索也要承受拉力，将桥面的荷载传递给主索；塔柱则承受来自主索的拉力，产生向下的压力，故C正确；
D、刚性梁主要承受的是弯曲力，因为桥面荷载会使刚性梁产生弯曲变形；而锚碇是承受主索拉力的构件，它受到的是拉力，而不是压力，故D错误；
故答案为：D。
9．拱形结构作为一种传统的桥梁结构现如今仍在持续使，以下关于拱形结构说法错误的是（　　）
A．拱形桥用压缩代替弯曲，改善受力状态，提高承载能力
B．与钢筋桥梁相比，拱形桥跨度更大，更坚固
C．与钢筋桥梁相比，拱形桥养护费用少，节省大量钢筋水泥
D．拱形桥把受到的压力分解成向下向外的分散力，提高承重
【答案】B
【解析】【分析】桥梁的结构类型：1.梁式桥：以梁为主要承重结构，常见的有简支梁桥、连续梁桥等。简支梁桥的梁体两端分别支撑在桥墩或桥台，结构简单；连续梁桥的梁体连续跨越多个桥墩，受力更合理，行车更平稳。
2.拱式桥：利用拱的抗压性能来承重，拱脚处会产生水平推力。如石拱桥，历史悠久，造型美观；现代的钢筋混凝土拱桥和钢管混凝土拱桥，跨度更大，能适应更复杂的地形。
3.悬索桥：通过主缆、吊索将桥面荷载传递到桥塔和锚碇。主缆是主要承重构件，具有跨度大的特点，像我国的港珠澳大桥青州航道桥就采用了悬索桥结构，能满足大跨度通航需求。
4.斜拉桥：由塔柱、斜拉索和主梁组成，斜拉索直接将主梁的荷载传递到塔柱。斜拉桥造型优美，跨越能力较强，例如上海的南浦大桥。
桥梁的制造材料：1.钢材：常用于大跨度桥梁，如悬索桥、斜拉桥的主缆、塔柱、钢梁等。钢材强度高、韧性好，能承受较大的荷载和变形。
2.混凝土：包括普通钢筋混凝土和预应力混凝土。预应力混凝土通过预先施加应力，可有效提高桥梁的抗裂性能和承载能力，广泛应用于梁式桥、拱式桥等。
3.复合材料：如碳纤维复合材料，具有轻质、高强、耐腐蚀等优点，在一些特殊桥梁（如人行景观桥）的制造中开始尝试应用，未来有望进一步推广。
【解答】A、构件M和构件N在桥梁结构中，主要承受压力。所以它们应具备良好的抗压性能，该选项正确。
B、构件的横截面积并非越大越好。从力学角度看，横截面积过大可能会增加桥梁的自重，还可能造成材料的浪费，并且会影响桥梁整体的结构合理性等。所以“各主要构件都应该具备足够大的横截面积”这种表述错误，该选项不正确。
C、施工中擅自加长桥面，会改变桥梁原有的受力平衡，可能导致桥梁承受的力超出设计范围，对桥梁产生不利影响，该选项正确。
D、设计中计算最大荷载时，考虑各种可能的受力情况，才能保证桥梁在实际使用中安全可靠，该选项正确。
故答案为：B。
10．如图所示为一座桥梁的施工方案示意图。下列分析中，不正确的是（　　）
A．构件M和构件N应具备良好的抗压性能
B．各主要构件都应该具备足够大的横截面积
C．施工中擅自加长桥面可能对桥梁产生不利影响
D．设计中计算最大荷载时应考虑各种可能的受力情况
【答案】B
【解析】【分析】桥梁的结构类型：1.梁式桥：以梁为主要承重结构，常见的有简支梁桥、连续梁桥等。简支梁桥的梁体两端分别支撑在桥墩或桥台，结构简单；连续梁桥的梁体连续跨越多个桥墩，受力更合理，行车更平稳。
2.拱式桥：利用拱的抗压性能来承重，拱脚处会产生水平推力。如石拱桥，历史悠久，造型美观；现代的钢筋混凝土拱桥和钢管混凝土拱桥，跨度更大，能适应更复杂的地形。
3.悬索桥：通过主缆、吊索将桥面荷载传递到桥塔和锚碇。主缆是主要承重构件，具有跨度大的特点，像我国的港珠澳大桥青州航道桥就采用了悬索桥结构，能满足大跨度通航需求。
4.斜拉桥：由塔柱、斜拉索和主梁组成，斜拉索直接将主梁的荷载传递到塔柱。斜拉桥造型优美，跨越能力较强，例如上海的南浦大桥。
桥梁的制造材料：1.钢材：常用于大跨度桥梁，如悬索桥、斜拉桥的主缆、塔柱、钢梁等。钢材强度高、韧性好，能承受较大的荷载和变形。
2.混凝土：包括普通钢筋混凝土和预应力混凝土。预应力混凝土通过预先施加应力，可有效提高桥梁的抗裂性能和承载能力，广泛应用于梁式桥、拱式桥等。
3.复合材料：如碳纤维复合材料，具有轻质、高强、耐腐蚀等优点，在一些特殊桥梁（如人行景观桥）的制造中开始尝试应用，未来有望进一步推广。
【解答】A、构件M和构件N在桥梁结构中，主要承受压力。所以它们应具备良好的抗压性能，该选项正确。
B、构件的横截面积并非越大越好。从力学角度看，横截面积过大可能会增加桥梁的自重，还可能造成材料的浪费，并且会影响桥梁整体的结构合理性等。所以“各主要构件都应该具备足够大的横截面积”这种表述错误，该选项不正确。
C、施工中擅自加长桥面，会改变桥梁原有的受力平衡，可能导致桥梁承受的力超出设计范围，对桥梁产生不利影响，该选项正确。
D、设计中计算最大荷载时，考虑各种可能的受力情况，才能保证桥梁在实际使用中安全可靠，该选项正确。
故答案为：B。
11．近几十年来，我国的基础建设一骑绝尘，被人们乐称为“基建狂魔”，桥梁的建造是一个国家和地区基础建设的重要内容之一。学习了“桥梁的结构与制作”后，你认为下列说法中，正确的是（　　）
A．桥梁有梁式桥、拱桥、悬索桥、斜拉桥等，其分类依据主要是桥梁外观形状
B．桥梁的荷载只包括桥梁承载的车辆与行人的重量
C．桥的主梁在荷载作用下，上、下两侧均发生拉伸形变
D．析架的横杆、竖杆、斜杆三种杆件中，对析架的稳定性起决定作用的是斜杆
【答案】D
【解析】【分析】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的重力，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。
1、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。
2、拱桥：拱桥是用拱圈或拱肋作为桥身主要承重结构的桥。
3、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。
4、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、拉索和主梁组成。
【解答】A、桥梁有梁式桥、拱桥、悬索桥、斜拉桥等，其分类依据主要是桥梁的受力方式，而非外观形状，A错误。
B、桥梁的荷载不仅包括桥梁承载的车辆与行人的重量，还包括桥梁自身的重量、风力等其他荷载，B错误。
C、桥在主要荷载作用下，不同类型的桥受力和形变情况不同，并非上、下两侧均发生拉伸形变，C错误。
D、在框架的横杆、竖杆、斜杆三种杆件中，斜杆对框架的稳定性起决定作用，D正确。
故答案为：D。
12．小陈在“桥梁模型的制作与探究”的工程实践活动中，选用了如图所示的模型材料，这些材料最适合制作的桥梁模型是（　　）
A．斜拉桥模型
B．拱桥模型
C．桁架桥模型
D．悬索桥模型
【答案】C
【解析】【分析】在桥梁模型制作中，不同类型的桥梁结构特点不同，对材料的要求和连接方式也不同。我们需要根据给定的模型材料特点来判断适合制作的桥梁模型。常见的桥梁类型有斜拉桥、拱桥、桁架桥、悬索桥等。斜拉桥主要靠斜拉索将主梁拉住；拱桥利用拱的承压特性；桁架桥由许多直杆通过节点连接组成；悬索桥主要靠悬索承受荷载。
【解答】A、斜拉桥主要依靠斜拉索，给定材料中未体现类似斜拉索的关键部件，A错误。
B、拱桥主要是拱形结构，材料中没有直接能构成典型拱形的部件，B错误。
C、桁架桥由直杆和节点连接组成，给定材料中有直杆 A、斜杆 B 以及多种接口，非常适合搭建桁架桥的结构，C正确。
D、悬索桥主要靠悬索，材料中没有类似悬索的部件，D错误。
故答案为：C。
13．如图所示为某悬索桥的结构示意图，以下关于该桥各构件主要受力形式分析不正确的是（　　）
A．设计中计算应力时应考虑各种可能的荷载
B．施工中擅自加长桥面可能对桥梁产生不利影响
C．主索受拉，吊索受拉，塔柱受压
D．刚性梁受弯曲，锚碇受压
【答案】D
【解析】【分析】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，同时还要考虑结构的安全性、强度、稳定性、适用性、成本等。
【解答】A、在设计桥梁时，为了确保桥梁的安全性和稳定性，必须考虑各种可能的荷载，如静荷载（桥梁自身重量、永久设备重量等）、动荷载车辆荷载、风荷载、地震荷载等），这样才能准确计算构件的应力，保证桥梁在各种情况下都能正常工作，故A正确；
B、施工中擅自加长桥面会增加桥面的重量和车辆荷载等，这些额外的荷载会作用在桥梁的各个构件上，可能导致构件的应力超过设计值，从而对桥梁产生不利影响，甚至可能危及桥梁的安全，故B正确；
C、在悬索桥中，主索主要承受拉力，它是将桥面荷载传递到锚碇的主要构件；吊索也要承受拉力，将桥面的荷载传递给主索；塔柱则承受来自主索的拉力，产生向下的压力，故C正确；
D、刚性梁主要承受的是弯曲力，因为桥面荷载会使刚性梁产生弯曲变形；而锚碇是承受主索拉力的构件，它受到的是拉力，而不是压力，故D错误；
故答案为：D。
14．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。其中斜拉桥的主要承重结构是（　　）
A．主梁和缆索 B．主梁、缆索和索塔
C．缆索和吊杆 D．缆索、吊杆和索塔
【答案】B
【解析】【分析】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、拉索和主梁组成，据此分析。
【解答】斜拉桥是将主梁用许多拉索直接拉在桥塔上的一种桥梁，其主要承重结构包括主梁、拉索（缆索）和索塔；拉索（缆索）连接主梁和索塔，将主梁的荷载传递到索塔，索塔再将荷载传递到基础；所以斜拉桥的主要承重结构是主梁、缆索和索塔；
故答案为：B。
15．横跨鄂西绝壁的四渡河大桥（如图所示），以560m深渊之上的“天路天桥”震撼世人，主跨900m，创山区悬索桥纪录。这座沪渝高速“咽喉”工程，在险峰深谷中书写人类征服自然的壮丽篇章。下列有关悬索桥的说法，不正确的是（　　）
A．悬索桥是以承受拉力的缆索或链索作为主要承重构件的桥梁
B．悬索桥中的缆索的受力是张力，塔架所受的力是压力
C．悬索桥用料省、自重轻，在各种体系桥梁中的跨越能力最大
D．悬索桥不可以在比较深的或比较急的水流上建造
【答案】D
【解析】【分析】悬索桥是一种常见的桥梁类型。在悬索桥中，缆索起到关键的承重作用。
【解答】A、悬索桥确实是以承受拉力的缆索或链索作为主要承重构件的桥梁，A正确。
B、悬索桥中的缆索承受拉力，即张力；塔架主要承受缆索传递下来的压力，B正确。
C、悬索桥具有用料省、自重轻的特点，并且在各种体系桥梁中的跨越能力最大，C正确。
D、悬索桥可以在比较深的或比较急的水流上建造，因为它的桥墩相对较少，对水流的影响较小，D错误。
故答案为：D。
16．如图所示为钱塘江大桥，从结构的形态来看，横跨于两个桥墩之间的桥梁所属的结构类型是（　　）
A．实体结构 B．框架结构 C．壳体结构 D．组合结构
【答案】C
【解析】【分析】结构的类型，包括实体结构、框架结构、壳体结构、组合结构。实体结构是指结构本身是实心的，能承受较大的压力；框架结构是由构件通过铰或刚接组成的结构，能承受竖向和水平荷载；壳体结构是通过曲面承受荷载，将力分散传递；组合结构是由两种或两种以上结构类型组合而成的结构。
【解答】A、实体结构是实心的结构，钱塘江大桥的桥梁部分不是实心的，故该选项错误。
B、框架结构是由构件组成的结构，本题中桥梁结构不符合框架结构的特点，故该选项错误。
C、钱塘江大桥的桥梁部分从结构形态看属于壳体结构，通过曲面形态承受荷载并分散力，故该选项正确。
D、组合结构是多种结构类型的组合，本题中桥梁结构不属于组合结构，故该选项错误。
故答案为：C。
17．下面的桥梁中，属于梁式桥的是（　　）
A．云南建水双龙桥
B．广东琶洲大桥
C．广西鹧鸪江大桥
D．贵州北盘江大桥
【答案】B
【解析】【分析】梁式桥是一种以梁为主要承重结构的桥梁，其受力特点是主要依靠梁的抗弯能力来承受荷载，据以上分析解答。
【解答】A、云南建水双龙桥从外观等特征来看，更倾向于石拱桥，以拱为主要承重结构，不是梁式桥，故A错误；
B、广东琶洲大桥属于梁式桥，它以梁作为主要的承重结构，符合梁式桥的特点，故B正确；
C、广西鹧鸪江大桥从结构形式等方面判断，不属于典型的梁式桥，故C错误；
D、贵州北盘江大桥属于悬索桥，主要依靠悬索来承重，不是梁式桥，故D错误；
故答案为：B。
18．桥梁设计中常使用三角形结构，主要是因为三角形具有（　　）
A．美观对称的特点 B．便于快速施工的优势
C．高稳定性和抗变形能力 D．节省材料的天然特性
【答案】C
【解析】【分析】在桥梁设计中，三角形结构被广泛应用，主要是因为三角形具有高稳定性和抗变形能力；三角形的三条边长度确定后，其形状就固定不变，不会像四边形等其他多边形那样容易发生变形。这种特性使得三角形结构在承受荷载（如车辆重量、风力等）时，能够保持结构的稳固，不易出现扭曲、变形等情况，从而保障桥梁的安全与正常使用，据以上分析解答。
【解答】A、“美观对称的特点”，这并非桥梁设计中使用三角形结构的主要功能需求，故A错误；
B、“便于快速施工的优势”，三角形结构的施工便捷性并非其核心优势，施工是否快速更多与施工工艺、材料等有关，故B错误；
C、在桥梁设计中，三角形结构被广泛应用，主要是因为三角形具有高稳定性和抗变形能力，故C正确；
D、“节省材料的天然特性”，三角形结构在材料节省方面没有突出的天然优势，甚至有时为了保证稳定性，材料使用量可能并不少，故D错误；
故答案为：C。
19．房屋、桥梁、塔等各种建筑都有结构。关于结构一词，下列说法中不正确的是（　　）
A．结构指组成事物的各部分之间的有序搭配和空间排列
B．结构存在于人类创造的各种事物中，而自然界中并不存在
C．不同的事物往往具有不同的结构
D．不同的结构具有不同的功能
【答案】B
【解析】【分析】结构是指组成事物的各部分之间的有序搭配和空间排列。不同的事物往往具有不同的结构，而不同的结构又具有不同的功能。在我们的生活中，大到建筑，小到日常用品，都存在结构。
【解答】A、结构指组成事物的各部分之间的有序搭配和空间排列，A正确。
B、结构不仅存在于人类创造的各种事物中，自然界中也广泛存在结构，比如雪花的六角形结构、蜂巢的六边形结构等，B错误。
C、不同的事物往往具有不同的结构，例如桥梁有梁桥、拱桥、斜拉桥等不同结构，C正确。
D、不同的结构具有不同的功能，比如三角形结构具有稳定性，常用于建筑的支撑部分，D正确。
故答案为：B。
20．2024年9月27 日凌晨，榕山长江大桥 正式开放交通，长江上再增一条过江通道，大桥 惠及沿线30余万群众，大桥总长1513米，其中 主桥长1055米，桥面上的斜拉钢缆与桥面呈 三角形结构，这是利用了 (　　)
A．三角形的对称性 B．三角形的稳定性
C．三角形的灵活性 D．三角形的全等性
【答案】B
【解析】【分析】（1）三角形稳定性的概念：三角形具有稳定性，即三角形的三边一旦确定，其形状和大小就固定不变，这种特性使得三角形结构在工程建筑中能承受外力而不易变形。
（2）其他三角形特性的辨析：三角形的对称性是指部分三角形（如等腰、等边三角形）的对称性质；灵活性不是三角形的特性；全等性是指三角形之间的形状大小完全相同的关系，均与结构稳固性无关。
【解答】A、三角形的对称性是其图形的对称性质，与斜拉钢缆和桥面的三角形结构用于稳固无关，故该选项错误。
B、三角形具有稳定性，桥面上的斜拉钢缆与桥面呈三角形结构，利用了三角形的稳定性来增强大桥的稳固性，故该选项正确。
C、三角形不具备灵活性的特性，此说法不符合三角形的性质，故该选项错误。
D、三角形的全等性是指三角形之间的全等关系，与该结构的稳固功能无关，故该选项错误。
故答案为：B。
21．关于结构的功能，下列说法不正确的是（　　）
A．所有结构的主要功能都是承受力
B．有些结构的功能是为了分隔空间，如墙壁
C．有些结构的功能是为了美观，如雕塑
D．结构的功能与其形状和材料密切相关
【答案】A
【解析】【分析】（1）结构的功能多样性：结构的功能并非单一，不同的结构具有不同的功能，有的结构主要功能是承受力，有的是分隔空间，有的是为了美观等。
（2）结构功能与形状、材料的关系：结构的功能与其形状和材料密切相关，不同的形状和材料会使结构具备不同的功能。
【解答】A、结构的功能多样，并非所有结构的主要功能都是承受力，比如墙壁的主要功能是分隔空间，雕塑的主要功能是美观，故该选项错误。
B、有些结构的功能是为了分隔空间，如墙壁，墙壁可以将不同的空间区域分隔开来，该说法正确，故该选项正确。
C、有些结构的功能是为了美观，如雕塑，雕塑通过其造型、艺术设计起到美观装饰的作用，该说法正确，故该选项正确。
D、结构的功能与其形状和材料密切相关，比如同样是承受力的结构，钢材制作的和木材制作的，以及不同形状的，其承受力的能力等功能会有差异，该说法正确，故该选项正确。
故答案为：A。
22．当弧形拱受到向下的压力F1时，拱被压缩，拱的各部分相互挤压，压力F2被拱传递，对基座产生作用力，下列关于基座受到的力的分析，正确的是（　　）
A． B．
C． D．
【答案】A
【解析】【分析】根据拱被压缩，拱的各部分相互挤压，压力F1被拱传递，对基座产生作用力，结合静止时受力平衡分析。
【解答】拱被压缩，拱的各部分相互挤压，压力F1被拱传递，对基座产生作用力，此时处于静止状态，受力平衡，故基座产生向上的支持力与压力平衡，同时拱有变平的趋势，因而相对于基座向外运动的趋势，故受到的摩擦力向内，根据力的作用是相互，基座受到的压力竖直向下，摩擦力水平向外，故A符合题意。
故答案为：A。
23．下列建筑中属于壳体结构的是(　　)
A．钱塘江大桥 B．埃及金字塔
C．国家大剧院屋顶 D．古城墙
【答案】C
【解析】【分析】（1）壳体结构的特点：壳体结构是通过曲面形态来承受荷载，将外力分散到整个结构表面，具有良好的承重能力和空间利用效率，常见于大型场馆的屋顶等建筑。
（2）其他结构类型的辨析：框架结构由梁、柱等构件组成（如钱塘江大桥）；实心结构内部充满材料（如埃及金字塔、古城墙），与壳体结构的曲面受力形式不同。
【解答】A、钱塘江大桥属于框架结构，由梁、柱等构件组成，并非壳体结构，故该选项错误。
B、埃及金字塔属于实心结构，通过自身厚重的材料承受荷载，并非壳体结构，故该选项错误。
C、国家大剧院屋顶采用曲面形态的壳体结构，利用曲面分散外力，属于壳体结构，故该选项正确。
D、古城墙属于实心结构，通过厚重的墙体承受荷载，并非壳体结构，故该选项错误。
故答案为：C。
24．结构能够承受一定的力，能够通过形变来抵抗力的作用。每个结构都需要承受一定大小的力的作用。下列说法中，正确的是（　　）
A．用相同的材料制作的不同形状的结构，能够承受力的大小相同
B．用不同的材料制作的形状相同的结构，能够承受力的大小相同
C．由于自身重力的原因，将钢材竖直放置时长度会一定程度缩短
D．横梁水平放置时承受竖直方向的力，横梁的下侧产生压缩形变
【答案】C
【解析】【分析】（1）结构的受力能力与结构的形状、材料等因素有关。不同形状的结构，其受力时的应力分布等不同，承受力的大小也会不同；不同材料的力学性能（如强度、刚度等）不同，即使形状相同，承受力的大小也不同。
（2）物体在自身重力作用下，会产生形变。钢材具有一定的弹性和塑性，竖直放置时，自身重力会使其受到压力，从而长度一定程度缩短。横梁水平放置承受竖直方向的力时，上侧产生压缩形变，下侧产生拉伸形变。
【解答】A、用相同材料制作的不同形状的结构，受力能力不同，能承受力的大小不同，故该选项错误。
B、用不同材料制作的形状相同的结构，由于材料力学性能不同，能承受力的大小不同，故该选项错误。
C、钢材自身有重力，竖直放置时会受到压力，长度会一定程度缩短，故该选项正确。
D、横梁水平放置承受竖直方向的力时，上侧产生压缩形变，下侧产生拉伸形变，故该选项错误。
故答案为：C。
二、实验与探究题
25．在学校的操场和开心农场中间有一条跨度为1米的水沟，为方便同学们进出开心农场，学校计划在操场和开心农场之间搭一座小桥，向全校同学公开招标。要求：桥面宽度不小于0.5米，小桥安全、美观、价廉。同学们纷纷报名参加此次竞标，小典邀请你一起参与他们组的竞标。
（1）下列属于本次校园小桥建设中的限制条件的是 ____ （多选，填字母）。
A．桥面宽度 B．桥的形状 C．桥的跨度 D．建造材料
E．建造成本
（2）小桥的建造需经历“①制作一个模型、②明确要解决的问题、③实施建设、④在限定的条件下进行设计、⑤测试模型和评估改进”五个步骤，正确的排列顺序是 ____ （填字母，下同）。
A．①②⑤④③ B．②④①⑤③ C．②①④⑤③ D．②④①③⑤
（3）制订小桥的竞标书时，下列因素不需要写在标书中的是 ____ 。
A．成本预算、时间分配、人员分工
B．建桥位置、使用的材料
C．投标者是否具有丰富的经验
D．桥的设计方案
（4）小典给小组提了以下建议，你觉得不正确的是 ____ 。
A．改进设计方案时，要分析梳理问题，反思交流
B．可以调研周围桥梁的结构特点
C．制作过程中，发现问题要经过小组研讨交流再进行处理，避免个人随意修改
D．制作竞标书时，小组所有成员的意见都要记录在上面，不用处理、筛选
（5）从现场的情况来看，在1米宽的水沟之上建桥，下列桥的形状最适合的是 　。
A．石拱桥 B．斜拉桥 C．悬索桥 D．梁式桥
（6）结合资料查询和实地勘查，小组最后确定了设计方案，请你把设计图画在下面方框里。
（7）小典和同学设计并制作了一个纸桥梁模型检测他们的方案，他们用纸代替钢材，把同样大小的纸条折成了不同的形状，并进行承重能力的检测。
钢条结构 圆筒钢条 L形钢条 U形钢条 扁平钢条
承重能力（垫片数） 5 1 3 0
根据上表承重能力的检测情况，你觉得他们应该选用的钢材是 ____ （填字母，下同）。
A．圆筒钢条 B．扁平钢条 C．L形钢条 D．U形钢条
（8）各小组测试小桥模型时，采用的评估方式应该是 ____ 。
A．小组自评 B．小组间互评
C．不仅自评，小组间还要互评 D．老师主观评价
（9）在整个建桥活动中，我们对做好一项工程有了很多新的认识。下列认识中，错误的是 ____ 。
A．工程的关键是设计，设计是需要不断改进往复的过程，直至满足建造的要求
B．工程的建设离不开技术，两者相互影响又相互促进
C．工程建设具有复杂性，制作模型可以和设计方案有些许不一致
D．制作模型是工程设计中的重要环节
【答案】（1）A；C；E
（2）B
（3）C
（4）D
（5）D
（6）
（7）A
（8）C
（9）C
【解析】【分析】（1）工程设计中的限制条件：限制条件是指在工程建设中必须遵守的约束性要求，如本题中桥面宽度、桥的跨度、建造成本等，这些条件限定了工程的设计范围。
（2）工程建造的步骤：工程建造一般遵循明确问题、设计、制作模型、实施建设、测试评估改进的流程，这是一个逻辑清晰的工程实施顺序。
（3）竞标书的内容：竞标书应包含与工程本身相关的成本、时间、人员、建桥位置、材料、设计方案等，而投标者个人经验不属于竞标书针对工程本身的必要内容。
（4）工程设计与改进的方法：在工程设计改进和竞标书制作中，需要对问题分析梳理、调研借鉴、小组研讨决策，意见需筛选处理以保证方案的合理性。
（5）桥梁形状的选择：不同桥梁形状（如石拱桥、斜拉桥、梁式桥等）有不同的适用跨度和结构特点，梁式桥适合较小跨度的场景。
（6）梁式桥的设计：梁式桥以梁的受弯来承受荷载，设计时需体现梁的结构形式，如桥面由梁支撑等。
（7）材料承重能力的判断：通过实验数据对比不同形状钢材（纸条模拟）的承重能力，选择承重能力最强的材料。
（8）工程模型的评估方式：工程模型评估应结合小组自评（自身对模型的认知）和小组间互评（不同小组间的客观评价），这样能更全面地评估模型。
（9）工程建设的认识：工程设计是迭代改进的过程，工程与技术相互影响促进，而错误认识通常是对工程流程或关系的误解。
【解答】（1）A、题目明确要求桥面宽度不小于0.5米，属于限制条件；
B、题目未对桥的形状有明确限制，不属于限制条件；
C、水沟跨度为1米，桥的跨度需要适应水沟跨度，属于限制条件；
D、题目未对建造材料有明确限制，不属于限制条件；E.题目要求小桥价廉，即对建造成本有要求，属于限制条件；所以属于限制条件的是ACE；
（2）小桥建造的正确步骤：首先要②明确要解决的问题（明确建造小桥的目的等）；然后④在限定的条件下进行设计和评估改进（根据限制条件设计并优化）；接着①制作一个模型（通过模型验证设计）；之后⑤（对模型等进行进一步评估改进，确保符合要求后）；最后③实施建设。所以正确顺序是B（②④①⑤③）；
（3）A、成本预算、时间分配、人员分工是竞标书中很重要的部分，能体现项目的可行性等，需要写入；
B、建桥位置、使用的材料关乎小桥的建设基础和用料，需要写入；
C、投标者是否具有丰富的经验属于投标者自身的背景情况，不是小桥竞标书关于小桥本身设计、建设等的内容，不需要写入；
D、桥的设计方案是竞标书的核心内容之一，需要写入；
故答案是：C；
（4）A、改进设计方案时分析梳理问题、反思交流，有助于优化方案，是正确的；
B、调研周围桥梁的结构特点，可借鉴经验，是正确的；
C、制作过程中发现问题经小组研讨交流再处理，能保证小组协作和方案的合理性，是正确的；
D、制作竞标书时，小组所有成员的意见需要处理、筛选，选取合理的意见，而不是全部记录，该说法错误；
故答案是：D；
（5）A、石拱桥适合较大跨度的桥梁，1米宽的水沟跨度较小，石拱桥不太适合；
B、斜拉桥一般用于大跨度桥梁，1米跨度用斜拉桥过于复杂；
C、悬索桥也多用于大跨度桥梁，不适合1米宽的水沟；
D、梁式桥结构简单，适合小跨度（如1米宽水沟）的桥梁建设；
故答案是：D；
（6）在学校的操场和开心农场中间有一条跨度为1米的水沟，结合资料查询和实地勘查，小组最后确定了设计方案，设计图如下：
；
（7）根据表中各种形状的钢条结构承重能力的检测结果可知，在圆筒钢条、L型钢条、U型钢条、扁平钢条中，承重能力最强的是圆筒钢条，由此判断，他们应该选用圆筒钢条；
故答案为：A；
（8）各小组测试小桥模型时，采用的评估方式应该是针对各组的模型开展交流评估活动，评估活动不仅自评本组设计，小组间还要进行互评，在互评中通过相互借鉴、相互帮助、资源共享等；老师主观评价是不合适的；
故答案为：C；
（9）A、工程的关键是设计，一个成功的设计，往往要经历反复试验和不断改进的过程，故A正确；
B、工程建设的建设离不开技术，技术是保证工程进行的关键，工程建设又会促进技术的进步，两者相互影响又相互促进，故B正确；
C、工程建设具有复杂性，制作模型一定要和设计方案完全一致，利用模型再来检测设计的科学合理性，故C错误；
D、制作模型是工程设计中的重要环节，故D正确。
故答案为：C。
26．桥梁建设时需要考虑钢梁的“下垂量”。如图甲所示，钢梁向下弯曲偏离水平位置的距离h叫下垂量。某同学通过分析桥梁结构作出如下两个猜想：①钢梁的下垂量h可能与钢梁所受到的压力F有关；②钢梁的下垂量h可能与两个支撑柱的间距s有关，于是进行了如下实验。
他将两个砖块作为支撑柱，把一块塑料板平铺放在两个支撑柱上作为钢梁，在塑料板中央施加一定的压力，用刻度尺测得此时塑料板的下垂量为h。
（1）图乙是该同学探究“钢梁的下垂量h与钢梁所受的压力F的关系”时画出的下垂量h与所受压力F关系的图像。根据图像可知，当压力为5000N时，下垂量是 　 　 cm，根据图像可得结论：　 　 。
（2）为了探究下垂量与支撑柱间距的关系，接下来应进行的操作是 　 　 。若 　 　 ，则说明钢梁的下垂量与支撑柱的间距有关。
【答案】（1）10；在材料、支撑柱间距等条件一定时，钢塑的下垂量与所受压力成正比
（2）保持压力不变，改变支撑柱的间距；改变支撑柱间距后，下垂量发生变化。
【解析】【分析】桥梁的结构类型：
1.梁式桥：以梁为主要承重结构，常见的有简支梁桥、连续梁桥等。简支梁桥的梁体两端分别支撑在桥墩或桥台，结构简单；连续梁桥的梁体连续跨越多个桥墩，受力更合理，行车更平稳。
2.拱式桥：利用拱的抗压性能来承重，拱脚处会产生水平推力。如石拱桥，历史悠久，造型美观；现代的钢筋混凝土拱桥和钢管混凝土拱桥，跨度更大，能适应更复杂的地形。
3.悬索桥：通过主缆、吊索将桥面荷载传递到桥塔和锚碇。主缆是主要承重构件，具有跨度大的特点，像我国的港珠澳大桥青州航道桥就采用了悬索桥结构，能满足大跨度通航需求。
4.斜拉桥：由塔柱、斜拉索和主梁组成，斜拉索直接将主梁的荷载传递到塔柱。斜拉桥造型优美，跨越能力较强，例如上海的南浦大桥。
桥梁的制造材料：
1.钢材：常用于大跨度桥梁，如悬索桥、斜拉桥的主缆、塔柱、钢梁等。钢材强度高、韧性好，能承受较大的荷载和变形。
2.混凝土：包括普通钢筋混凝土和预应力混凝土。预应力混凝土通过预先施加应力，可有效提高桥梁的抗裂性能和承载能力，广泛应用于梁式桥、拱式桥等。
3.复合材料：如碳纤维复合材料，具有轻质、高强、耐腐蚀等优点，在一些特殊桥梁（如人行景观桥）的制造中开始尝试应用，未来有望进一步推广。
【解答】（1）首先看图像，找到压力 F = 5000N 对应的下垂量h。从图乙中可以看出，当 F= 5000N 时，下垂量 h = 10cm。再分析图像的规律，图像是一条过原点的直线，说明在材料、支撑柱间距等条件一定时，钢塑的下垂量与所受压力成正比。
（2）要探究下垂量与支撑柱间距的关系，根据控制变量法，需要保持压力不变，改变支撑柱的间距，然后测量对应的下垂量。若改变支撑柱间距后，测量得到的下垂量发生变化，就说明钢塑的下垂量与支撑柱的间距有关。
27．如图所示是某校学生设计并制作的桥梁模型。
（1）现要对该模型进行稳定性试验，我们将该模型不发生左右翻转时所能承受的最大载重称为“稳定值”。某学生根据提供的砝码，设计了简易试验方案来测试该模型的稳定性，具体步骤如下：
a.将桥梁模型放置在 　 　 的桌面上。
b.如图所示，在桥梁的右侧最远端逐渐悬挂钩码（每个钩码质量为m），直到桥梁模型发生翻转，记录此时钩码总质量为M。
根据试验可得出，该桥梁模型的“稳定值”为 　 　 。
（2）如果要提高模型的稳定性，可以采取的措施是：　 　 。
①缩短桥梁两端伸出部分的长度； ②增大桥梁两端伸出部分的长度； ③两端增加桥墩； ④减小桥面宽度。
【答案】（1）水平；大于M﹣m，小于M
（2）①③。
【解析】【分析】（1）物体的稳定性试验需要在水平的环境下进行，这样才能保证试验的准确性，避免因桌面倾斜对试验结果产生干扰。“稳定值” 是模型不发生左右翻转时所能承受的最大载重，当挂钩码总质量为M时模型发生翻转，说明稳定值是小于M且大于(M - m)（因为每个钩码质量为m，最后一个钩码挂上去才翻转）。
（2）提高结构稳定性的方法，主要有降低重心、增大支撑面等。缩短桥梁两端
【解答】（1）a.将桥梁模型放置在水平桌面上进行试验。为了确保试验的准确性，需要将桥梁模型放置在一个水平的桌面上，以避免因桌面不平而导致的试验误差。
b.通过悬挂钩码测试桥梁模型的稳定值。在桥梁的右侧最远端逐渐悬挂钩码，直到桥梁模型发生翻转，记录此时钩码总质量为M。根据试验可得出，该桥梁模型的稳定值为大于M-m，小于M。
（2）为了提高模型的稳定性，可以采取的措施包括缩短桥梁两端伸出部分的长度和在两端增加桥墩。
28．建筑结构除了框架结构、壳体结构、实体结构外，常见的分类还有混凝土结构、砌体结构、钢结构、木结构、剪力墙结构等类型，每种结构具有不同的材料特性和适用场景。主要建筑结构类型及特点如下：
①混凝土结构：包括素混凝土、钢筋混凝土及预应力混凝土结构，特点是抗压性能强、耐久性高，但自重大，施工周期长，抗拉性能较弱。
②砌体结构：以砖、石或混凝土砌块砌筑，成本低且耐腐蚀，常见于多层住宅和办公楼。局限性：强度低、抗震性差，施工效率低。
③钢结构：以钢材为主，具有轻量化、施工快的优势。需注意防火防锈，成本较高。
④剪力墙结构：依靠钢筋混凝土墙体承重，侧向刚度大(在水平方向上耐受力强)。
（1）桥墩、水坝等建筑常用　 　结构来建造，原因是　 　
（2）体育馆等大跨度建筑及高层建筑可采用　 　结构来建造。
（3）高层住宅需要考虑抗风抗震，常用　 　结构来建造。常用这种结构建造高层建筑的承重墙，原因是　 　
【答案】（1）混凝土；这类建筑需要较强的抗压性能
（2）钢
（3）剪力墙；钢筋混凝土墙体承重能力强，侧向刚度大
【解析】【分析】（1）混凝土结构的特点是抗压性能强、耐久性高。桥墩、水坝等建筑需要承受较大的压力，混凝土结构的抗压性能能够满足其受力需求。
（2）钢结构具有轻量化、施工快的优势，适合大跨度建筑及高层建筑对结构强度和施工效率的要求。
（3）剪力墙结构依靠钢筋混凝土墙体承重，侧向刚度大（在水平方向上耐受力强），高层住宅需要抗风抗震，这种结构的侧向刚度能有效应对水平方向的力。
【解答】（1）桥墩、水坝等建筑主要承受压力，而混凝土结构的特点是抗压性能强、耐久性高。所以桥墩、水坝等建筑常用混凝土结构来建造，原因是混凝土结构抗压性能强、耐久性高，适合承受较大压力。
（2）体育馆等大跨度建筑及高层建筑，需要结构具有轻量化且施工快的特点，钢结构以钢材为主，具有轻量化、施工快的优势。所以体育馆等大跨度建筑及高层建筑可采用钢结构来建造。
（3）高层住宅需要考虑抗风抗震，剪力墙结构依靠钢筋混凝土墙体承重，侧向刚度大（在水平方向上耐受力强），能很好地满足抗风抗震的需求。所以高层住宅常用剪力墙结构来建造。常用这种结构建造高层建筑的承重墙，原因是剪力墙结构侧向刚度大，在水平方向上耐受力强，能有效抵抗风荷载和地震作用。
三、综合题
29．蜂窝结构是覆盖二维平面的最佳拓扑结构。蜂窝结构是蜂巢(如图所示)的基本结构，是由一个个同样大小且相同形状的单房、房口全朝下或朝向一边、背对背对称排列组合而成的一种结构。这种结构有着优秀的几何力学性能，因此在材料领域中有广泛应用。请回答下列问题：
（1）蜂窝的每一个蜂房都是　 　形状的，使得每一个蜂房都被其他蜂房包围。
（2）蜂窝的这种结构非常精巧，其最突出的优点是　 　
（3）蜂房的精妙结构不仅令自然学家们叹为观止，更激发了科学家们的浓厚兴趣。通过深入探索，科学家们意外地发现并开发出一种具有蜂窝结构的新型材料，在工程领域中，这种材料在隔音、隔热、导流、电磁屏蔽以及缓冲吸能等方面展现出广泛的应用潜力。请举例说明：
　 　
【答案】（1）角柱体
（2）用料少、空间利用率高
（3）航天飞机、宇宙飞船等航天器
【解析】【分析】（1）蜂窝结构的形态：蜂窝的每个蜂房是角柱体形状，这种形状能让每个蜂房被其他蜂房包围，形成紧凑的拓扑结构。
（2）蜂窝结构的力学与空间性能：蜂窝结构用料少，空间利用率高，这是其几何力学性能优秀的体现，能在节省材料的同时最大化利用空间。
【解答】（1）蜂窝的每一个蜂房都是正六边形形状的，正六边形可以在平面上紧密排列，使得每一个蜂房都被其他蜂房包围；
（2）蜂窝这种结构最突出的优点是能够以最少的材料获得最大的空间，并且具有良好的稳定性。从几何角度看，正六边形的排列方式在覆盖二维平面时，材料的利用率最高；从力学角度，其结构能均匀地分散压力，具有较好的稳定性；
（3）蜂窝结构的新型材料在缓冲吸能等方面有优势，可应用于航天飞机、宇宙飞船等航天器，提升其性能。
01 学习目标
02 思维导图
03 基础知识
04 经典例题
05 强化提升
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建筑结构与工程
认识结构的基本类型（框架、壳体、实心等）及其特点，理解结构的稳定性与强度概念。
通过实验探究，知道影响结构稳定性的主要因素（如重心位置、支撑面）和影响强度的主要因素（如材料、形状、连接方式）。
了解常见建筑结构（如拱形、三角形）的承重原理。
能运用所学知识，设计并制作一个简单结构模型（如桥梁、塔台），测试其承重能力并进行优化。
培养工程思维与实践能力，体会科学、技术、工程之间的联系，树立安全与创新意识。
知识点一 建筑结构与功能
1.建筑结构及其分类
（1）结构:组成事物的各个部分之间的有序搭配和空间排列，涵盖自然界物质和人类创造的产物。
（2）建筑结构分类（依据受力情况）
① ：以刚性的杆作为梁和柱组成的结构，刚性杆按一定规则空间排布，支撑空间而不充满空间，共同承受外力。如钱塘江大桥（铁路、公路两用双层桥，利用框架结构特性保障承载能力和稳定性）。
② ：层状结构，由若干块薄板组成，薄板做成具有曲面轮廓的外形。
③ ：结构体本身是实心的结构，利用自身来承受力，受力分布在整个实体上。如桥墩（承受桥梁上部结构荷载）、房屋基座（支撑房屋整体重量）、雕塑基座（稳固雕塑）、城墙（抵御外敌、承受自身重力及外部冲击）。
2.结构受力与形变
（1）结构受力：结构是能够承受一定力的架构，通过自身形变抵抗外力作用（如桥梁承受车辆荷载时发生弯曲形变抵抗压力）。
（2）影响结构承受力大小的因素： 、
（3）横梁受力变形
（4）三角形桁架结构
（5）弧形拱结构
3.建筑结构的功能
（1）结构的稳定性：结构在外力作用下维持原有平衡状态的能力，是保障建筑安全使用的基础。影响因素：重心高低、支撑面大小。
（2）结构强度：结构抵抗外力作用的能力，与结构形状、材料、连接方式等密切相关。
（3）增强结构强度的方式：三角形是框架结构的基本构造之一，在框架中加入支撑杆件构成多个三角形，可显著增加结构强度。
（4）框架构件截面形状与承力关系：相同材料的框架构件，因截面形状（工字形、口字形、环形、圆形等）不同，承受力大小不同（不同截面形状的几何特性导致力在构件内的分布和传递方式不同）。
（5）常见截面特点
①工字形：具有较高的抗弯强度，上下翼缘可有效抵抗弯曲应力，常用于建筑钢梁等。
②口字形：封闭截面提供较好的抗扭和抗弯性能，适用于需要抵抗扭转和弯曲组合作用的结构。
③环形：各向同性，在承受均匀分布的压力或拉力时表现良好，常用于管道、轴类等构件。
④圆形：受力均匀，抗扭性能好，常用于承受扭转力或需要在各个方向均匀受力的场合（如机械轴）。
（6）结构构件强度与材料选择
①材料对强度的影响：相同形状的结构构件，因材料不同强度各异（如混凝土抗压性好但抗拉性差，钢材抗拉性强，制作混凝土梁时加入钢筋可利用钢材抗拉优势弥补混凝土不足）。
②建筑结构与功能的关系：建筑结构决定其功能，结构变化可增强建筑功能以适应不同环境，良好的结构设计兼顾功能与形式，展现建筑的文化内涵（如国家游泳中心 “水立方”，半透明膜结构使其兼具隔热、利用太阳能等功能）。
知识点二 桥梁的结构与制作
1.桥梁的结构
（1）桥梁组成部分及作用
① ：直接承受自身重力以及车辆等的重力。
② ：承受主梁向下的力并将力传到基座。
③ ：位于桥的两端起支撑作用的部分。
（2）桥梁分类：梁式桥、拱桥、悬索桥
2.桥梁的受力
（1）荷载定义：桥梁本身受到的重力以及它承载的车辆、行人等的重力统称为荷载。
（2）平衡原理：桥梁在荷载作用下不倒塌，是因为存在一个向上的力来平衡荷载产生的作用。
（3）不同桥梁的受力特点
①梁式桥
②拱桥
③悬索桥
3.桥梁的设计与制作
（1）设计和制作结构的目的：为了完成某种任务或满足特定的需要（如桥梁帮助人们跨越障碍物、渡过河流等）。
（2）结构设计考虑的因素：安全性、强度、稳定性、美观、成本、适用性等。
（3）结构设计的流程： → → → 。
知识点三 搭建一座简易人行浮桥
1.目标
根据浮桥设计要求，制定验收标准并设计施工图纸，培养创新思维。
通过实践，理解工程核心是设计，以及设计与工程的转化关系。
强化成本控制，运用科学、计算和批判性思维，保障浮桥性能并实现优化。
2.器材：桶装水空桶、饮料瓶、胶带、扎带、木条、复合板。
3.过程
明确问题：运用阿基米德原理和力学相关知识，用简易材料搭建一座长 6 m、可供约 70 kg 的人安全通行的浮桥，要求浮桥具有稳定性和牢固性。
设计方案
分组讨论：全班分成 6 个小组，每组负责建造 1 m 长的浮桥，每组预算≤100 元。
分组材料清单与成本：桶装水空桶、饮料瓶、宽胶带、长 / 短扎带、复合板、木条，总计 92 元。
绘制图纸：包括侧视图、分层设计、模块连接。
施工流程：浮箱组装、桥面安装、模块拼接。
安全性验证
浮力计算：核心浮箱和辅助浮力的总浮力计算，与浮桥自重、承载需求对比，若浮力不足需优化（如增加饮料瓶数量）。
优化方案：增加 4 个饮料瓶，总浮力提升至 750 N，总成本 94 元。
4.反思
困难：浮力不足导致桥体下沉；模块连接易松动；材料成本超支。
解决方法：增加桶装水空桶数量提升浮力；交叉扎带加固接口；优化材料配比。
收获：掌握浮力计算与模块化设计；提升团队协作与成本控制能力。
题型一 建筑的结构与功能
【例1】国家大剧院如图所示，它的整个壳体钢结构重达6475 吨，东西向长轴跨度212.2米，是目前世界上最大的穹顶。为什么能建起如此宏伟的建筑，秘密就在于其外形结构：壳体结构。从外观看，蛋壳、蚌壳这些壳体结构有的像半球形，有的成拱形，有的像圆球形，有的像不规则但非常美丽的弧形。尽管它们形态各异，却有着共同的力学特征：壳体结构在受到外力作用时，能够把力均匀分散在壳体的各个部分，使壳体单位面积上受到的力并不大，更为重要的是，在壳体上不存在作用力集中于一个地方的情况。
（1）下列著名建筑中没有利用壳体结构的是____。
A．悉尼歌剧院B．金字塔
C．赵州桥D．北京大兴国际机场
（2）鸡蛋握在手中不易损坏是因为____。
A．鸡蛋壳很厚 B．鸡蛋壳的硬度很大
C．鸡蛋壳内部是空心的 D．鸡蛋壳属于壳体结构
（3）站立在地面上，人的脚能够承载较大的重量，主要是因为____。
A．脚骨骼的数量多 B．脚部的肌肉发达
C．脚骨骼组成拱形结构 D．脚骨骼比钢铁还要坚硬
（4）下列对壳体结构受力示意图分析正确的是____。
A． B．
C． D．
【例2】赵州桥(如图所示)又称安济桥、大石桥，位于河北省石家庄市赵县城南的洨河上，始建于隋代(公元595年一605年)，由著名匠师李春设计建造，是世界上现存年代最久、跨度最大、保存最完整的单孔坦弧敞肩石拱桥。请回答下列问题：
（1）拱桥是用　 　作为桥身主要承重结构的桥，赵州桥的建造材料是　 　。
（2）赵州桥的桥梁称为“敞肩拱”，指的是　 　；“敞肩拱”的意义在于　 　
（3）除了杭州的拱宸桥，请再举出浙江省境内或你家乡的石拱桥：　 　
【例3】2024年9月 27 日凌晨，榕山长江大桥正式开放交通，长江上再增一条过江通道，大桥惠及沿线30余万群众，大桥总长1513米，其中主桥长 1 055 米，桥面上的斜拉钢缆与桥面呈三角形结构，这是利用了(　　)
A．三角形的对称性 B．三角形的稳定性
C．三角形的灵活性 D．三角形的全等性
题型二 桥梁的结构与制作
【例1】在校科技节木桥承重比赛中，小叶设计制作了如图所示的桥梁模型，并进行了承重测试。在承重测试中，承重板通过挂钩与电子秤相连。通过往承重容器中不断加入重物来比较不同桥梁的承重能力，直至木桥受损。
温馨提示：该电子秤既可以测质量，也可以测重力。
（1）在承重测试中，往承重容器加入细沙而不是钩码作为重物的优点是　 　。
（2）已知承重板与桥梁的垂直接触面积约为20平方厘米，小叶的桥梁下方电子秤悬挂重物的最大重力为150N，不计电子秤、承重板的自重，求该桥梁所能承受的最大压强。(列式计算)
（3）请你说说有哪些方法可以增大桥梁的承重能力 　 　。(说出一条即可)
【例2】如图所示为杭州的西兴大桥，又称钱江三桥，是连接杭州老城区与滨江、萧山两区及萧山国际机场的重要通道之一，是一座跨钱塘江的斜拉桥。斜拉桥的索塔一般都建造得很高，多根缆索的一端固定在索塔上，每根缆索的另一端拉着桥的主梁。
（1）与悬索桥相比，斜拉桥的突出优点是　 　
（2）斜拉桥的索塔一般都建造得很高的好处是　 　
（3）索塔的高度并不是无限增加的，因为其高度受到诸多因素影响，请写出索塔建造高度的影响因素：　 　(写出两方面因素即可)。
【例3】如图所示为四种木质桥梁设计模型，下列说法中，正确的是(　　)
A．方案②的结构强度比方案①高
B．方案②的结构强度比方案④高
C．方案①②中的桥板底部用支撑杆加固，不会发生弯曲形变
D．方案③④桥板的主要受力形式是受拉
题型三 搭建一座简易人形浮桥
【例1】在科学课上，同学们设计并制作了一个小型桥梁模型，用于探究桥梁的结构稳定性、强度和成本效益。以下是实验过程和相关问题：
实验背景：同学们选择制作一个简单的梁式桥模型，使用木条和胶水作为主要材料。桥梁模型的跨度为40厘米，宽度为5厘米。实验目标是测试桥梁模型的承载能力和稳定性，并分析材料成本。
实验过程：
设计与制作：同学们根据设计图纸制作了桥梁模型，确保结构对称且连接牢固。
材料成本：木条成本为0.5元/根，共使用了8根；胶水成本为2元/瓶，共使用了1瓶。
测试：在桥梁模型的中心位置逐渐增加重量，记录模型能够承受的最大荷载。同时，用风扇模拟风力，观察桥梁的稳定性。
（1）材料成本计算：桥梁模型的总材料成本为木条成本和胶水成本之和。木条成本为0.5元/根，共使用了8根；胶水成本为2元/瓶，共使用了1瓶。因此，桥梁模型的总材料成本为 　 　 元。
（2）荷载测试结果：在测试过程中，桥梁模型在中心位置能够承受的最大荷载为3千克。这说明桥梁模型的强度与 　 　 （填“材料”或“跨度”）密切相关，同时也受到制作工艺的影响。
（3）稳定性测试：当用风扇模拟风力时，桥梁模型在一定风力下能够保持稳定。这说明桥梁的稳定性不仅与结构设计有关，还与 　 　 （填“材料重量”或“材料强度”）有关。
（4）优化建议：根据实验结果，提出至少两条优化桥梁模型的建议，以提高其承载能力和稳定性。请结合材料选择、结构设计等方面进行分析。
【例2】桥的研究
（1）港珠澳大桥是我国境内连接香港、珠海和澳门的桥隧工程，全长55公里，是目前世界上最长的跨海大桥，也是我国交通史上技术最复杂、建设要求和标准最高的工程之一，它在2018年 10月24 日开通运营
港珠澳大桥图示部分的桥体从结构上看属于我们学过的　 　桥。这种桥的特点是跨度大，抗风性能好，稳定性强。
（2）小科和他的研究小组要共同设计建造一座桥。要求桥能跨越20cm 宽的峡谷，桥面的宽度要大于10 cm，至少能承重200 g的小车。图1是他们第一次设计的结构图。
①设计中，如果小科将桥面的宽度增加到20cm，那么桥面的承重能力会　 　。
②他们将桥面设计成圆纸管平铺(图4)，其最终目的是　 　。
③第二次改进时(图3)，增加了桥塔设计，下列三种设计中，如果其他条件相同，缆绳承受拉力最小的是　 　。
④用对比实验研究“桥塔高度对桥面承重能力的影响”，题(2)③中的三种桥梁设计图中，最合理的选择是　 　和　 　。
⑤从结构上看，图3结合了　 　和　 　两种桥的设计结构
一、选择题
1．如图为某桥梁施工中的预制梁场，其优点是（　　）
A．缩短工期 B．降低精度 C．增加成本 D．依赖天气
2．如图所示的桥梁模型，通过杆件穿插、叠压而成。材料甲与材料乙的相关尺寸如图所示，分析下表，下列关于杆件的选材及摆放方案，最合理的是（σ的值越小表示强度越强）（　　）
抗压强度 σ
抗弯强度 σ
A．选择材料甲，24作为尺寸h B．选择材料甲，16作为尺寸h
C．选择材料乙，22作为尺寸h D．选择材料乙，18作为尺寸h
3．桥梁的承重力是指桥梁在设计条件下能够安全承受的最大荷载，包括自身重量、车辆荷载、风载等静态与动态作用力。下列因素中，直接决定桥梁构件的受力极限、对桥梁的承重力起关键作用的是（　　）
A．材料的抗压、抗拉强度，如钢材的屈服强度或混凝土的抗压强度等
B．如析架、拱形、悬索等不同的力学结构类型
C．桥墩与地基的承载能力
D．焊接、浇筑的工艺精度、施工质量
4．世界上任何事物都存在结构，不同材料构成的结构其强度各不相同。下列材料最适合用于建造桥梁的支撑结构的是（　　）
A．木材 B．塑料 C．钢材 D．玻璃
5．桥梁伸缩缝的主要作用是（　　）
A．适应温度变化 B．增加强度
C．防止积水 D．美化外观
6．如图为某桥梁模型测试，其目的是验证（　　）
A．美观性 B．结构强度 C．施工速度 D．材料成本
7．下列桥梁中，跨度能力最大的是（　　）
A．梁桥 B．拱桥 C．悬索桥 D．斜拉桥
8．如图所示为某悬索桥的结构示意图，以下关于该桥各构件主要受力形式分析不正确的是（　　）
A．设计中计算应力时应考虑各种可能的荷载
B．施工中擅自加长桥面可能对桥梁产生不利影响
C．主索受拉，吊索受拉，塔柱受压
D．刚性梁受弯曲，锚碇受压
9．拱形结构作为一种传统的桥梁结构现如今仍在持续使，以下关于拱形结构说法错误的是（　　）
A．拱形桥用压缩代替弯曲，改善受力状态，提高承载能力
B．与钢筋桥梁相比，拱形桥跨度更大，更坚固
C．与钢筋桥梁相比，拱形桥养护费用少，节省大量钢筋水泥
D．拱形桥把受到的压力分解成向下向外的分散力，提高承重
10．如图所示为一座桥梁的施工方案示意图。下列分析中，不正确的是（　　）
A．构件M和构件N应具备良好的抗压性能
B．各主要构件都应该具备足够大的横截面积
C．施工中擅自加长桥面可能对桥梁产生不利影响
D．设计中计算最大荷载时应考虑各种可能的受力情况
11．近几十年来，我国的基础建设一骑绝尘，被人们乐称为“基建狂魔”，桥梁的建造是一个国家和地区基础建设的重要内容之一。学习了“桥梁的结构与制作”后，你认为下列说法中，正确的是（　　）
A．桥梁有梁式桥、拱桥、悬索桥、斜拉桥等，其分类依据主要是桥梁外观形状
B．桥梁的荷载只包括桥梁承载的车辆与行人的重量
C．桥的主梁在荷载作用下，上、下两侧均发生拉伸形变
D．析架的横杆、竖杆、斜杆三种杆件中，对析架的稳定性起决定作用的是斜杆
12．小陈在“桥梁模型的制作与探究”的工程实践活动中，选用了如图所示的模型材料，这些材料最适合制作的桥梁模型是（　　）
A．斜拉桥模型
B．拱桥模型
C．桁架桥模型
D．悬索桥模型
13．如图所示为某悬索桥的结构示意图，以下关于该桥各构件主要受力形式分析不正确的是（　　）
A．设计中计算应力时应考虑各种可能的荷载
B．施工中擅自加长桥面可能对桥梁产生不利影响
C．主索受拉，吊索受拉，塔柱受压
D．刚性梁受弯曲，锚碇受压
14．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。其中斜拉桥的主要承重结构是（　　）
A．主梁和缆索 B．主梁、缆索和索塔
C．缆索和吊杆 D．缆索、吊杆和索塔
15．横跨鄂西绝壁的四渡河大桥（如图所示），以560m深渊之上的“天路天桥”震撼世人，主跨900m，创山区悬索桥纪录。这座沪渝高速“咽喉”工程，在险峰深谷中书写人类征服自然的壮丽篇章。下列有关悬索桥的说法，不正确的是（　　）
A．悬索桥是以承受拉力的缆索或链索作为主要承重构件的桥梁
B．悬索桥中的缆索的受力是张力，塔架所受的力是压力
C．悬索桥用料省、自重轻，在各种体系桥梁中的跨越能力最大
D．悬索桥不可以在比较深的或比较急的水流上建造
16．如图所示为钱塘江大桥，从结构的形态来看，横跨于两个桥墩之间的桥梁所属的结构类型是（　　）
A．实体结构 B．框架结构 C．壳体结构 D．组合结构
17．下面的桥梁中，属于梁式桥的是（　　）
A．云南建水双龙桥
B．广东琶洲大桥
C．广西鹧鸪江大桥
D．贵州北盘江大桥
18．桥梁设计中常使用三角形结构，主要是因为三角形具有（　　）
A．美观对称的特点 B．便于快速施工的优势
C．高稳定性和抗变形能力 D．节省材料的天然特性
19．房屋、桥梁、塔等各种建筑都有结构。关于结构一词，下列说法中不正确的是（　　）
A．结构指组成事物的各部分之间的有序搭配和空间排列
B．结构存在于人类创造的各种事物中，而自然界中并不存在
C．不同的事物往往具有不同的结构
D．不同的结构具有不同的功能
20．2024年9月27 日凌晨，榕山长江大桥 正式开放交通，长江上再增一条过江通道，大桥 惠及沿线30余万群众，大桥总长1513米，其中 主桥长1055米，桥面上的斜拉钢缆与桥面呈 三角形结构，这是利用了 (　　)
A．三角形的对称性 B．三角形的稳定性
C．三角形的灵活性 D．三角形的全等性
21．关于结构的功能，下列说法不正确的是（　　）
A．所有结构的主要功能都是承受力
B．有些结构的功能是为了分隔空间，如墙壁
C．有些结构的功能是为了美观，如雕塑
D．结构的功能与其形状和材料密切相关
22．当弧形拱受到向下的压力F1时，拱被压缩，拱的各部分相互挤压，压力F2被拱传递，对基座产生作用力，下列关于基座受到的力的分析，正确的是（　　）
A． B．
C． D．
23．下列建筑中属于壳体结构的是(　　)
A．钱塘江大桥 B．埃及金字塔
C．国家大剧院屋顶 D．古城墙
24．结构能够承受一定的力，能够通过形变来抵抗力的作用。每个结构都需要承受一定大小的力的作用。下列说法中，正确的是（　　）
A．用相同的材料制作的不同形状的结构，能够承受力的大小相同
B．用不同的材料制作的形状相同的结构，能够承受力的大小相同
C．由于自身重力的原因，将钢材竖直放置时长度会一定程度缩短
D．横梁水平放置时承受竖直方向的力，横梁的下侧产生压缩形变
二、实验与探究题
25．在学校的操场和开心农场中间有一条跨度为1米的水沟，为方便同学们进出开心农场，学校计划在操场和开心农场之间搭一座小桥，向全校同学公开招标。要求：桥面宽度不小于0.5米，小桥安全、美观、价廉。同学们纷纷报名参加此次竞标，小典邀请你一起参与他们组的竞标。
（1）下列属于本次校园小桥建设中的限制条件的是 ____ （多选，填字母）。
A．桥面宽度 B．桥的形状 C．桥的跨度 D．建造材料
E．建造成本
（2）小桥的建造需经历“①制作一个模型、②明确要解决的问题、③实施建设、④在限定的条件下进行设计、⑤测试模型和评估改进”五个步骤，正确的排列顺序是 ____ （填字母，下同）。
A．①②⑤④③ B．②④①⑤③ C．②①④⑤③ D．②④①③⑤
（3）制订小桥的竞标书时，下列因素不需要写在标书中的是 ____ 。
A．成本预算、时间分配、人员分工
B．建桥位置、使用的材料
C．投标者是否具有丰富的经验
D．桥的设计方案
（4）小典给小组提了以下建议，你觉得不正确的是 ____ 。
A．改进设计方案时，要分析梳理问题，反思交流
B．可以调研周围桥梁的结构特点
C．制作过程中，发现问题要经过小组研讨交流再进行处理，避免个人随意修改
D．制作竞标书时，小组所有成员的意见都要记录在上面，不用处理、筛选
（5）从现场的情况来看，在1米宽的水沟之上建桥，下列桥的形状最适合的是 　。
A．石拱桥 B．斜拉桥 C．悬索桥 D．梁式桥
（6）结合资料查询和实地勘查，小组最后确定了设计方案，请你把设计图画在下面方框里。
（7）小典和同学设计并制作了一个纸桥梁模型检测他们的方案，他们用纸代替钢材，把同样大小的纸条折成了不同的形状，并进行承重能力的检测。
钢条结构 圆筒钢条 L形钢条 U形钢条 扁平钢条
承重能力（垫片数） 5 1 3 0
根据上表承重能力的检测情况，你觉得他们应该选用的钢材是 ____ （填字母，下同）。
A．圆筒钢条 B．扁平钢条 C．L形钢条 D．U形钢条
（8）各小组测试小桥模型时，采用的评估方式应该是 ____ 。
A．小组自评 B．小组间互评
C．不仅自评，小组间还要互评 D．老师主观评价
（9）在整个建桥活动中，我们对做好一项工程有了很多新的认识。下列认识中，错误的是 ____ 。
A．工程的关键是设计，设计是需要不断改进往复的过程，直至满足建造的要求
B．工程的建设离不开技术，两者相互影响又相互促进
C．工程建设具有复杂性，制作模型可以和设计方案有些许不一致
D．制作模型是工程设计中的重要环节
26．桥梁建设时需要考虑钢梁的“下垂量”。如图甲所示，钢梁向下弯曲偏离水平位置的距离h叫下垂量。某同学通过分析桥梁结构作出如下两个猜想：①钢梁的下垂量h可能与钢梁所受到的压力F有关；②钢梁的下垂量h可能与两个支撑柱的间距s有关，于是进行了如下实验。
他将两个砖块作为支撑柱，把一块塑料板平铺放在两个支撑柱上作为钢梁，在塑料板中央施加一定的压力，用刻度尺测得此时塑料板的下垂量为h。
（1）图乙是该同学探究“钢梁的下垂量h与钢梁所受的压力F的关系”时画出的下垂量h与所受压力F关系的图像。根据图像可知，当压力为5000N时，下垂量是 　 　 cm，根据图像可得结论：　 　 。
（2）为了探究下垂量与支撑柱间距的关系，接下来应进行的操作是 　 　 。若 　 　 ，则说明钢梁的下垂量与支撑柱的间距有关。
27．如图所示是某校学生设计并制作的桥梁模型。
（1）现要对该模型进行稳定性试验，我们将该模型不发生左右翻转时所能承受的最大载重称为“稳定值”。某学生根据提供的砝码，设计了简易试验方案来测试该模型的稳定性，具体步骤如下：
a.将桥梁模型放置在 　 　 的桌面上。
b.如图所示，在桥梁的右侧最远端逐渐悬挂钩码（每个钩码质量为m），直到桥梁模型发生翻转，记录此时钩码总质量为M。
根据试验可得出，该桥梁模型的“稳定值”为 　 　 。
（2）如果要提高模型的稳定性，可以采取的措施是：　 　 。
①缩短桥梁两端伸出部分的长度； ②增大桥梁两端伸出部分的长度； ③两端增加桥墩； ④减小桥面宽度。
28．建筑结构除了框架结构、壳体结构、实体结构外，常见的分类还有混凝土结构、砌体结构、钢结构、木结构、剪力墙结构等类型，每种结构具有不同的材料特性和适用场景。主要建筑结构类型及特点如下：
①混凝土结构：包括素混凝土、钢筋混凝土及预应力混凝土结构，特点是抗压性能强、耐久性高，但自重大，施工周期长，抗拉性能较弱。
②砌体结构：以砖、石或混凝土砌块砌筑，成本低且耐腐蚀，常见于多层住宅和办公楼。局限性：强度低、抗震性差，施工效率低。
③钢结构：以钢材为主，具有轻量化、施工快的优势。需注意防火防锈，成本较高。
④剪力墙结构：依靠钢筋混凝土墙体承重，侧向刚度大(在水平方向上耐受力强)。
（1）桥墩、水坝等建筑常用　 　结构来建造，原因是　 　
（2）体育馆等大跨度建筑及高层建筑可采用　 　结构来建造。
（3）高层住宅需要考虑抗风抗震，常用　 　结构来建造。常用这种结构建造高层建筑的承重墙，原因是　 　
三、综合题
29．蜂窝结构是覆盖二维平面的最佳拓扑结构。蜂窝结构是蜂巢(如图所示)的基本结构，是由一个个同样大小且相同形状的单房、房口全朝下或朝向一边、背对背对称排列组合而成的一种结构。这种结构有着优秀的几何力学性能，因此在材料领域中有广泛应用。请回答下列问题：
（1）蜂窝的每一个蜂房都是　 　形状的，使得每一个蜂房都被其他蜂房包围。
（2）蜂窝的这种结构非常精巧，其最突出的优点是　 　
（3）蜂房的精妙结构不仅令自然学家们叹为观止，更激发了科学家们的浓厚兴趣。通过深入探索，科学家们意外地发现并开发出一种具有蜂窝结构的新型材料，在工程领域中，这种材料在隔音、隔热、导流、电磁屏蔽以及缓冲吸能等方面展现出广泛的应用潜力。请举例说明：
　 　
01 学习目标
02 思维导图
03 基础知识
04 经典例题
05 强化提升
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
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