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5.2 桥梁的结构与制作
八上 · 第5章 建筑结构与工程
01 本节导航·目标清单
目标导航 方法指导
了解桥梁的组成及受力特点。
知道桥梁的分类及生活中桥梁的典型代表。
能够设计和制作满足需求的桥梁，同时考虑安全性、稳定性等，发展科学思维。 受力建模法：对每种桥型画受力图（梁式桥抗弯、拱桥受压与水平推力、悬索桥缆索受拉、斜拉桥斜索受拉）。
分类比较法：按结构与受力特点把桥梁分为梁式桥、拱桥、悬索桥、斜拉桥四类。
工程实践：经历明确内容→制订方案→制作模型→优化完善的设计一般过程。
02 教材精研·内容全解
考点01 桥梁的组成与分类
组成：（1）桥梁的组成。
现代的桥梁多采用强度大的钢材来建造。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。
图 桥梁结构：主梁、桥墩、桥台、基座、河床
分类：（2）桥梁的分类。
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：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。结构相对简单，主要由桥面、梁和支座组成；梁是桥梁的主体，直接承担桥梁的荷载，结构清晰、易于理解和设计。梁式桥适用于跨度小且交通量较小的场合。桁架：许多杆件在其端点处相互连接起来，成为三角形的结构，这种架构称为"桁架"（图 5.2-3）；桁架桥是指用桁架梁作为主要承重结构的桥梁，实际上是一种加固了的梁式桥。
图 梁式桥（分类表）
图 桁架桥（加固的梁式桥）
图 简单梁式桥：主梁两端架在桥台上
典型代表：港珠澳大桥（连通香港、珠海、澳门，世界最长的跨海大桥）。
②拱桥：用拱圈或拱肋作为桥身主要承重结构的桥。减轻了桥自身所受的重力，提升了泄洪能力；拱桥造型优美。典型代表：河北赵州桥（建于 595—605 年，单孔敞肩石拱桥，跨度约 37 m，两端各设两个小拱即敞肩拱，减轻自重、提升泄洪能力）、杭州拱宸桥（京杭大运河上始建于明朝的拱桥）。
图 拱桥（分类表）
图 赵州桥（单孔敞肩石拱桥）
图 杭州拱宸桥（石拱桥）
③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。典型代表：湖北四渡河大桥（主跨达 900 m，目前深山峡谷里全球最长的悬索桥）。
④斜拉桥：将主梁用许多根拉索直接拉在桥塔上的一种桥梁，由承受拉力的桥塔、拉索和主梁组成。典型代表：北盘江第一桥（2016 年建成，主跨达 720 m，跨越云贵两省交界大峡谷，为全球最高的斜拉桥）。
图 斜拉桥（分类表/受力图）
考点02 桥梁的受力
荷载：（1）荷载。
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。既然桥梁在荷载作用下不会倒塌，就一定有向上的力来平衡。
梁式桥：（2）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（受力明确，梁式桥的受力主要通过梁的抗弯能力来实现）。
图 梁式桥受力图：荷载 G 向下，两端支持力 F 、F 向上（主梁向下弯曲、抗弯）
拱桥：（3）拱桥的受力。
拱桥在竖直方向荷载作用下，对整座桥产生一个指向桥台的挤压的力，把桥的拱部紧紧挤压在一起；拱部把受到的荷载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，两侧基座会给拱形结构施加反作用力（竖直向上的支持力和水平方向的力）。拱桥的主要承重结构是拱圈；当承受荷载时，拱圈通过弯曲的形状将荷载转化为沿拱圈的轴向压力；拱顶部分通常集中较大的压力，拱脚部分则承受较大的水平推力（拱形承载重量时，能把压力向下和向外传递给相邻部分，分散压力、抵住外推力）。
图 拱桥受力图：压力沿拱传递，基座受竖直压力与水平推力
悬索桥：（4）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。
图 悬索桥受力图：缆索受拉、吊杆、索塔、锚碇，荷载 G 由缆索拉力 F 平衡
斜拉桥：（5）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。
图 斜拉桥受力图：多根斜拉索受拉（F —F ）传至索塔，荷载 G 传至基座
考点03 桥梁的设计与制作
设计：（1）桥梁的作用与结构设计考虑因素。
桥梁的作用就是帮助人们跨越河流峡谷等自然屏障，这就需要对桥梁的跨度、所能承受的荷载有一定要求。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。
一般过程：（2）结构设计的一般过程。
结构设计必须遵循设计的一般过程，一般需经历：明确内容 → 制订设计方案 → 制作模型或原型 → 优化与完善（优化与完善会反馈回到制订设计方案环节，循环改进）。
图 结构设计的一般过程：明确内容→制订方案→制作模型→优化与完善
工程实践：（3）桥梁模型的制作与研究（工程实践）。
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。
过程：①确定标准——依据选用材料对桥梁的长度、宽度、承重等基本参数设定标准（填写表 5.2-1）。②设计方案——设计桥梁整体结构，绘制设计图。③制作桥梁：学习技术（基本结构：直杆 A 为各接口间的连接杆；2 根直杆拼接可作非等腰直角三角形斜边；斜杆 B 作等腰直角三角形斜边；盖板作桥梁中间路面连接）；斜拉加强杆——正四边形是很不稳定的形状，在正四边形里加入斜拉加强杆后结构会变得异常牢固；再按图纸组装制作。④测试评价——测量长度、宽度、高度、自重、承重力等并评价记录。⑤实验探究——桥梁模型的承重力与哪些因素有关？设计实验方案并进行实验，撰写实验报告。
图 桥梁模型制作与研究：目标与器材（教材第206页）
图 桥梁的基本结构：直杆 A（甲/乙）、斜杆 B（丙）、盖板（丁）
图 斜拉加强杆：正四边形中加入斜杆后异常牢固
图 桥梁模型图
图 测试评价与实验探究
03 避坑指南·易错辨析
易错警示 四类桥型辨析：梁式桥=梁/桁架梁承重、靠抗弯；拱桥=拱圈承重、受压+水平推力；悬索桥=缆索承重、缆索受拉+锚碇；斜拉桥=拉索直接拉主梁、斜索受拉、抗风强。 桁架≠独立桥型：桁架桥是"加固了的梁式桥"，桁架本身是三角形杆件结构。 荷载概念：桥梁自重 + 车辆行人等的重力统称荷载；平衡荷载的是结构产生的向上力（弹力/支持力）。 梁式桥受力主看"抗弯"：主梁向下弯曲，两端产生向上支持力 F 、F 平衡荷载 G。 拱桥有"水平推力"：拱脚不仅受竖直压力，还受水平方向的力；拱能分散压力、抵住外推力，故承重力大。 悬索桥缆索"受拉"而非受压；两岸需巨大锚碇固定缆索两端。 斜拉桥形变小、抗风强于悬索桥；索塔建高可增大拉索角度、更省力，但并非越高越好（需综合考虑）。 四边形不稳定：正四边形易变形，加斜拉加强杆（构成三角形）后异常牢固——三角形提升强度。
04 实战演练·随堂检测
1.
下面桥梁类型是梁式桥的是（ ）
A 斜拉桥
B 拱桥
C 悬索桥
D 梁式桥（桁架桥）
A B C D．梁式桥
2.
（1）对比如图中两种结构的桥，___的承重力更大（选填字母序号）。
A 梁式桥 / B 拱桥 对比图
（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
3.
用一张纸搭一座纸桥，哪种方式承重能力更强（ ）
B 折叠造型（纸桥）
A．把纸折成双层
B．（图示折叠造型）
C．把纸直接放平
参考答案
【实战演练】
第1题： D
解析：梁式桥是指采用梁或桁架梁作为主要承重结构的桥梁，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（圆拱桥、扁拱桥、等截面拱桥等）。斜拉桥是通过斜拉索将桥面悬挂在桥塔上的桥梁（适用于跨度大）。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，A 是斜拉桥，B 是拱桥，C 是悬索桥，D 是梁式桥。
第2题： （1）B （2）C
解析：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。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，选 C。
第3题： B
解析：把纸折成特定造型（如瓦楞/折叠）可增大截面抗弯能力，比"直接放平"或仅"折成双层"承重更强；图中 B 为折叠造型，承重能力更强。

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