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第2节 桥梁的结构与制作
浙教版 八年级上
创设情境
连通香港、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，而且还能够承载来来往往的车辆？
探究实践
桥梁的组成：
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。
桥台
主梁
桥墩
河床
主梁直接承受自身重量以及车辆等的重量。
桥墩承受主梁向下的力并将力传到基座。
基座
桥台指桥的两端起支撑作用的部分。
探究实践
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。
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。
桥梁的分类：
图5.2-2 梁式桥
图 5 .2-3 桁架
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，这种架构称为“桁架”。桁架桥是指用桁架梁作为主要承重结构的 桥梁，它实际上是一种加固了的梁式桥。
探究实践
拱桥 拱桥是用拱圈或拱肋作为桥身主要承重结构的桥。
图5.2-4 河北赵州桥图 5.2-5 杭州拱宸桥
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，京杭大运河上始建于明朝的拱宸桥也属于拱桥。
探究实践
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、主跨达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。
悬索桥的主要特点包括：以缆索为主要承重构件实现大跨度跨越、结构轻盈且受力明确、材料利用效率高但刚度较小，适用于跨海或跨峡谷等场景。
探究实践
例如，2016年建成通车的、主跨达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。
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。
拉索
桥塔
主梁
斜拉桥是以斜拉索为主要承重构件的大跨度桥梁，具有结构轻巧、跨越能力强、刚度大等特点
探究实践
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？
探究实践
桥梁在荷载的作用下不会倒塌，就一定有一个向上的力来平衡。
我们把桥梁本身的重量以及它承载的车辆、行人等的重量统称为荷载。
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。
梁式桥的受力图
G
F1
F2
荷载与向上的弹力平衡
梁式桥的受力主要通过梁的抗弯能力来实现。
探究实践
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。
基座对拱的作用力
压力 压力
基座对拱的作用力
G
桥的拱部把受到的荷载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。
拱对基座的作用力
拱对基座的作用力
探究实践
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拉紧？
绳子的两端必须拉紧，是因为张力是悬索桥能够承受荷载的关键。张力不足会导致桥面下垂，无法承受重物，甚至可能导致结构失效。
探究实践
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。
锚碇
锚碇
塔架 塔架
缆索
吊杆
·
F
G
主梁
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。
F1
F2
F3
F4
探究实践
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。
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。
缆索
索塔
主梁
·
G
荷载通过缆索传至索塔，再通过索塔传至桥的基座。
探究实践
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？
斜拉桥索塔建得高有助于提高桥梁的跨度能力、稳定性以及斜拉索的优化布置同时也能增强视觉效果。
索塔的高度并非越高越好，需要在多个因素之问进行权衡和优化，以确保桥梁的经济性、施工可行性以及环境适应性。
探究实践
科学阅读
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，一座桥梁不仅体现了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。工程师们以确定具有比例的简单几何形状（如圆形、方形、三角形等）作为基准，来控制建筑整体，特别是外形轮廓及各局部的设计构图，使其形成一定的有几何形状的结构，从而获得和谐美。
探究实践
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，同时还要考虑结构的安全性、强度、稳定性、适用性、成本等。
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。
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。
明确内容
制订设计方案
制作模型或原型
优化与完善
探究实践
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。
器材
盖板
×12
直杆A
×120
斜杆B 四插接口
×40 ×32
斜边接口
×92
两插接口
×12
三插接口
×12
五插接口
×32
六插接口
×12
探究实践
过程
1. 确定标准。
依据选用的材料对桥梁的长度、宽度等基本参数设定标准，并填写补充到表5.2-1中。
表5.2-1 桥梁模型的建造标准
维度 长度/ cm 宽度/ cm 承重/ N 高度/cm
标准
30 15 20 25
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。
探究实践
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。
探究实践
②斜拉加强杆。正四边形是一个很不稳定的形状，在正四边形里加入斜拉加强杆后，结构就会变得异常牢固，如图5.2-16。
图5.2-16 斜拉加强杆图示
（2）按照设计图纸组装、制作桥梁模型，如图5.2-17所示。
图5.2-17 桥梁模型图
斜拉加强杆
探究实践
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。
维度 长度/cm 宽度/cm 承重/N 高度/cm
标准 30 15 20 25
数值
允许偏差 ±0.5mm ±1mm ≥1.0 ±1.5mm
评价 合格/优良 合格/优良 合格/需加固 合格/优良
5. 实验探究。
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。
桥梁模型的承重力可能与梁桥的跨度，桥面的厚度，桥面的形状和结构有关。
迁移应用
1.以下桥梁是我国著名的梁式石桥的是( )
A.苏州宝带桥
B.泉州洛阳桥
C.北京卢沟桥
B
D.程阳永济桥
迁移应用
（1） 对比图中两种结构的桥， 的承重力更大。
（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
2.如图A、B是两种结构的桥，完成下列问题。
A B
B
C
迁移应用
3.三名同学分别用一张16开的白纸和两个相距10厘米的桥墩搭一座纸桥。能在纸桥上放棋子最多的是（ ）
甲：把纸折成双层 乙：把纸折成“W”形 丙：把纸直接放平
A.甲 B.乙 C.丙 D.一样多
B
板书设计
第2节 桥梁的结构与制作
桥梁的结构与制作
桥梁的结构
桥梁的设计与制作
桥梁的受力受力
组成：主梁、桥墩、桥台等
类型：梁式桥，拱桥，悬索桥，斜拉桥
荷载：自重及承重
受力平衡，不至于倾倒
谢谢
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第2节 桥梁的结构与制作
【核心概念】
12.技术、工程与社会
【学习内容与要求】
12.1 技术与工程创造了人造物，技术的核心是发明，工程的核心是建造
①认识现代技术与工程的系统性和复杂性
③知道跨学科（科学、技术、工程、数学等）解决实际问题的方法，并尝试解决实际问题。
12.2 技术与工程改变了人们的生产和生活
列举科学原理转换为使用技术的案例，尝试制作把科学原理转化为技术的简单展示模型
【教学目标】
1.科学观念：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。
2.科学思维：桥梁的受力分析，发展科学思维。
3.探究实践：能够设计和制作满足需求的桥梁，同时考虑性、稳定性等,培养设计、动手的能力。
4.态度责任：培养科学原理应用于技术的思想，激发学习科学的兴趣 。
【教材分析】本节课有三部分内容，一是桥梁的组成和类型，二是四种类型桥梁的受力特点，试着进行受力分析，受力平衡，桥梁不至于倾倒；三是考虑多方面因素，进行桥梁的设计和制作。
【教学过程】
教学环节 教学活动 设计意图
创设情境，明确问题 连通香港、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，而且还能够承载来来往往的车辆？ 引入课题
桥梁的结构 提出问题：一座桥有哪几部分组成？分别有什么作用？ 思考讨论： 归纳提升：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量以及车辆等的重量。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。 继续设问：按照结构和受力特点，桥梁可分为哪几种类型？分别有什么特点？ 思考讨论： 归纳提升：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。 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。 拱桥 拱桥是用拱圈或拱肋作为桥身主要承重结构的桥。 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。 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。 实践活动 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？ 会判断桥的类型。 生活中经常看到桥，将桥的形状画出来，并判断桥的类型，激发兴趣。
桥梁的受力 我们把桥梁本身的重量以及它承载的车辆、行人等的重量统称为荷载。桥梁在荷载的作用下不会倒塌，就一定有一个向上的力来平衡。 提出问题：请说出不同类型桥梁的受力特点。 图片展示：受力分析 归纳提升： 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。 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。桥的拱部把受到的荷载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。 工程实践 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拉紧？ 参考：绳子的两端必须拉紧，是因为张力是悬索桥能够承受荷载的关键。张力不足会导致桥面下垂，无法承受重物，甚至可能导致结构失效。 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。 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。 思考与 讨论 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？ 参考：斜拉桥索塔建得高有助于提高桥梁的跨度能力、稳定性以及斜拉索的优化布置同时也能增强视觉效果。索塔的高度并非越高越好，需要在多个因素之问进行权衡和优化，以确保桥梁的经济性、施工可行性以及环境适应性。 科学阅读 建筑艺术 提出问题：设计桥梁要考虑哪些因素？有哪几个环节？ 思考讨论： 归纳提升：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。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，同时还要考虑结构的安全性、强度、稳定性、适用性、成本等。 结构设计必须遵循设计的一般过程，一般需经历如图 所示的若干环节。 对四种类型桥梁进行受力分析，承受荷载时，受力平衡。 工程实践是为了更好理解悬索桥的受力特点。
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。 器材 过程 1. 确定标准。 依据选用的材料对桥梁的长度、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，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。 维度长度/cm宽度/cm承重/N高度/cm标准30 15 20 25 数值 允许偏差±0.5mm±1mm≥1.0±1.5mm评价合格/优良 合格/优良 合格/需加固 合格/优良
5. 实验探究。 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。 桥梁模型的承重力可能与梁桥的跨度，桥面的厚度，桥面的形状和结构有关。 测试评价实际上是对桥梁的验收报告，应引导学生设计表格，
板书设计
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第2节 桥梁的结构与制作
核心概念聚焦
1.斜拉桥通常要做很高的索塔，下列不是这景个做法带来的好处的是（ ）
A.能使桥有更大的跨度 B.能使桥面离水面距离更多,有利通航
C.降低拉索的受力 D.减小塔身的受风面
2.下列三幅图中展示的三座桥,各自的类型分别是（ ）
甲 乙 丙
A. 甲是拱桥，乙、丙是悬索桥 B.甲、乙是拱桥，丙是悬索桥
C.甲是拱桥，乙是斜拉桥，丙是悬索桥 D.甲是拱桥，乙是悬索桥，丙是斜拉桥
3.拱桥的主要承重原理是（ ）
A.利用材料抗压性能 B.依靠梁的弯曲变形 C.通过钢索悬吊 D.依赖地基稳固性
4.下列桥梁中受到水平推力的是（ ）
A.梁式桥 B.拱桥 C.斜拉桥 D.悬索桥
5.悬索桥的主要承重结构是（ ）
A.主梁 B.桥塔 C.缆索 D.桥墩
6.下列选项是拱桥在拱顶受到竖直向下的压力时,拱的内部传递压力以及对基座作用力的示
意图,其中正确的是 （ ）
A. B. C. D.
核心素养提升
7.我们来造桥。
（1）完成下面桥梁设计投标书。
桥梁设计透视图 桥梁类型
设计优点
桥梁规格 （省略）
承重保证措施
（2）设计“桥梁”时，通常经历四个环节：①明确设计任务；②共同设计方案；③完善设
计方案；④交流初步想法。这四个环节的顺序依次是 。
A.①→②→③→④ B.①→③→②→④ C.①→④→②→③
（3）将一张普通A4纸弯折成拱形并抵住两端（A图），与A4纸直接搭成的桥面（B图）
对比承重能力强弱。下面结论正确的是 。
a.A图的承重能力强 b.B图的承重能力强
c.A图和B图的承重能力都一样
创新素养应用
8.在“桥梁调查与模型制作”跨学科实践活动中，小明同学对桥梁进行了研究，发现生活中
的桥千差万别，各具特色，如图甲所示：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？
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，可能与汽车的重力 、汽车过桥的速度大
小、桥面的粗糙程度、A 与 B两点所在曲线轨道（可以看成是圆的一部分）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），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）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：
实验次序 速度v/（m/s） 小车重力G/N 玩具小车对凸形桥A点压力F1/N 玩具小车对凹形桥B点压力F2/N
1 v1 2.00 1.80 2.40
2 v2 2.00 1.60 2.80
3 v3 2.00 1.50 3.00
4 v1 3.00 2.70 3.60
5 v2 3.00 2.40 4.20
6 v3 3.00 2.25 4.50
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：一定质量的汽车以相同的速度通过A点或B点时，容易压坏桥的是
（填“A”或“B”）点。
参考答案
核心概念聚焦
1.A 2.D 3.D 4.B 5.C 6.A
核心素养提升
7.（1）悬索桥 跨度大（自重轻） 有4个强大的支柱（或桥墩），通过悬索分散桥面承重。
（2）C（3）a
创新素养应用
8.（1）改变 （2） ①小车重力 ②速度 ③B
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