简易桥墩的结构设计
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文档简介
设计的一般过程
——简易桥墩的结构设计
一、课标与教学分析
本课教学是在学生完成技术与设计必修1，及必修2“结构”、“流程”或“系统”内容教学后的一堂非新授课，目的是使学生对设计的一般过程有更为深刻而全面的理解和感悟。而结构设计也是教学的重点和难点，结构设计和技术设计一样，具有明确的目的性，方案的多元性和创新性。所以，在教学过程中，应当重视满足使用者的需要、多方案的形成和強调设计的创新。
如何通过纸制简易桥墩的结构设计，既达到复习结构的有关知识，又再次体验科学合理的设计过程,有助于设计活动的顺利开展，从而养成良好的设计习惯和技术素养。同时也体会到通过对通用技术学习带给学生对知识得到应用转化的成功感，激发学生继续学习通用技术的热情。
二、学情分析
由于结构设计往往涉及较复杂的数学、科学的知识和原理，虽然学生有过结构设计经历，但结构设计考虑的主要因素具有多元性，有一定的难度。对于设计的一般过程学生重视程度还不够，没有很好地贯穿整个设计过程中，所以想通过本活动再次引导学生养成科学合理的设计思维。
三、教学目标及分析
（一）知识与技能
1、通过简易桥墩设计和制作，掌握设计的一般过程。
2、掌握简单结构的设计，并绘制设计草图，做出模型。
（二）过程与方法
1、通过问题驱使方法，提出问题层层进入，激发学生思考，引起学生兴趣。
2、通过小组合作设计方案，动手制作亲身经历，并对制作的桥墩进行测试评价，等方面加强学生对结构设计方法的体验。
（三）情感态度与价值观
1、通过小组合作，加强团结协作精神，加深同学间的情感。
2、通过鼓励与竞赛的方法，充分调动学生的积极性，体现关爱学生,使课堂人文得到体现。
3、在方案构思中注重学生的创新精神的培养，在动手实践中注重培养严谨、认真、细致的工作态度
四、重点与难点分析
教学重点是通过简易桥墩结构的设计，掌握设计的一般过程 。
教学难点是如何综合考虑结构设计过程中的各种因素，制定方案并优化。
五、教学策略与手段
利用课件图片、竞赛方式丰富课堂，调动积极性；在讨论分析中引出主题，明确要求；在小组合作、动手实践中完成方案设计模型制作；在试验中得出结论，对自己的作品评估及优化；最后在师生小结中发表感言结束本课教学。
六、教学资源准备
多媒体课件、设计一般过程学案、模型制作材料包（扑克牌若干、透明胶带、双面胶、剪刀各1）、2.5公斤、5公斤、10公斤、15公斤杠铃片若干片。
七、教学过程
（一）引入课题
1、简要复习设计的一般过程的五个步骤，回顾旧知。
2、通过观赏紫金大桥等桥梁图片，引出主题。
（二）主题教学
环节一：发现与明确问题
师讲述：设计必须从调查需求、分析信息、发现与明确需要解决问题开始，提出设计项目，明确设计要求。
生观察思考讨论：1）、仔细观察桥墩你发现了什么问题？
2）、为什么大多数的桥墩是圆形的？
3）、由此你产生了想解决什么问题的需求？
引出需求：想制作不同形状桥墩模型，看看谁能承受更大的重量
师生共同明确设计主题：简易桥墩结构的设计。
师生共同讨论：简易桥墩的设计要求有哪些？
明确设计要求：⑴ 材料：尺寸为8.6x5.6cm扑克牌6张
⑵ 功能：稳定并能承受尽可能大的重量
⑶ 结构：为了重心一致，高度为56mm， 横截面和外部形状不限，至少一端不封闭
⑷制作工艺：纸质手工
(5)方案制定、模型制作完成时间： 15分钟内
为了激发学生的积极参与，采用小组竞赛的方式
明确比赛规则：比赛结果将以承重质量M除以本身质量m得到A，即M /m=A，A值大的获胜 。 总而言之：希望作出既轻便又坚固的作品。
环节二：制定设计方案
（1）、收集信息
（2）、设计分析
（3）、方案构思
（4）、方案呈现
（5）、方案筛选
教师温馨提醒:
1.运用不同的材料、结构可以产生不同的设计方案。
2.任何设计方案都有改进的可能性，好方案决不会仅有一个。
（1）收集信息
师讲述：收集信息的方法很多，可以通过用户调查、专家咨询、查阅图书资料、收听收看广播电视、浏览互联网等。你认为需要收集哪些方面的信息？
课件展示有关桥墩结构的网载图片及说明。
（2）设计分析
师引导学生根据设计要求，找出设计需要解决的主要问题和解决方法。
观察分析生活中真实的桥墩，思考这些结构能承受较大重量、风力、水流冲击力的原因。
（3）方案构思
小组活动： 根据所给的材料和工具，结合自己的经验，提出两种以上的设计方案，并在学案中绘制简单的平面草图。
（4）方案呈现：选择一些代表性的小组投影展示其设计草图。
归纳出可能有：方案A：横截面呈三角形
方案B：横截面呈圆形
方案C：横截面呈矩形等等
（5）方案筛选
小组讨论：依据设计要求，对方案进行筛选。在认真讨论的基础上，画出本组优化后的纸制桥梁设计草图，并预测该设计作品的最大承重能力并记录于学案中。
环节三：制作模型
要求学生对筛选的方案用所给的材料包进行制作，不可添加其他物质。只可利用透明胶带、双面胶、剪刀辅助连接。
小组活动：规定时间内制作纸制桥墩结构模型。上交作品。
师强调以下几点：
1、分工合理，团结协作。
２、讲究效率，注意安全。
３、不断完善，敢于创新。
４、完后整理，交流准备。
（考虑到课堂的人文关爱学生，更好地调动学生的积极性和效率，用掌声的形式给予奖励。做得最快的给予奖励，做得有创新的给予奖励，作品交流时讲得好给予奖励。）
师在讲台上一字展示学生作品
环节四：测试、评估及优化
1、引导学生讨论：需要对作品的哪些方面进行测试？如何测试？
讨论得出测试内容及方法：主要对桥墩模型进行稳定性和强度的测试。
学生代表上讲台进行测试并记录：首先通过左右摇晃测试稳定性，逐步增加重物的方法进行强度测试。杠铃片每次只能放置一块（重量不限），每片杠铃片能维持3秒钟时间才认可成绩。测试并记录最大的承重数据。
根据比赛规则：比赛结果将以承重质量M除以本身质量m（可跟据所用的材料多少来推测）得到A，即M /m=A，A值大的获胜 ，宣布获胜小组。
2、对各个方案的结构稳固、造型、制作难度、自重等方面进行评估。
3、分析测试和评估的具体记录，同时听取他人的意见进行改进优化。
(三) 课堂交流与小结
师小结：简易桥墩的设计最侧重的是功能、强度和稳定性。在一个具体的结构设计过程中，侧重考虑哪些主要因素，必须在全面考虑的基础上才能确定。
学生的交流与小结：请学生小组交流，发表活动感言。
八、作业设计：利用课余时间继续对方案进行优化，设计出更好、更完善的作品。
九、教学反思
本课时由于选择设计的主题难度适中，学生有能力完成，并采用竞赛的方法，因此学生积极参与。由于上课时间只有40分钟，所以有一些环节必须简化，造成某些环节不够充分，有匆忙赶课的感觉。总得来说，学生体会到通过对通用技术学习带给学生对知识得到应用转化的成功感，激发学生进一步学习的热情。
百度收集有关桥墩的资料:
桥墩的结构
在两孔和两孔以上的桥梁中除两端与路堤衔接的桥台外其余的中间支撑结构称为桥墩。桥墩分为实体墩、柱式墩、和排架墩等。按平面形状可分为矩形墩、尖端形墩、圆形墩等。建筑桥墩的材料可用木料、石料、混凝土、钢筋混凝土、钢材等。不同桥的桥墩的结构不同，视情况而定，如：河流上多用实心结构，高架桥多用柱式墩或排架墩。桥墩的结构由挖孔桩、承台、墩身、托盘和台冒。T型墩是安装连续梁的，台冒是支撑整个梁的主要部分，台冒上面是放支座的，对连续梁的活动有很大的作用，比如热胀冷缩的位移或由于动荷载的作用，为了使梁体不会被拉断或涨体的活动造成事故，支座就起到了避免被拉断的作用。
桥墩的类型
桥墩分重力式桥墩和轻型桥墩两大类。
一般为采用混凝土 ( http: / / baike. / view / 23579.htm" \t "_blank )或石砌的实体结构。墩身上设墩帽，下接基础。它的特点是充分利用圬工材料的抗压性能，借自身的较大截面尺寸和重量承受竖直方向和水平方向的外力，具有坚固耐久，施工简易，取材方便，节约钢材等优点。缺点是圬工量大，外形粗大笨重，减少桥下有效孔径，增大地基负荷；当桥墩较高，地基承载力较低时尤为不利。
轻型桥墩是针对重力式桥墩的缺点而出现的桥墩,具有外形轻盈美观，圬工量少，可减轻地基负荷，节省基础工程，便于用拼装结构或用滑升模板施工，有利于加速施工进度，提高劳动生产率等优点，目前正得到迅速发展。
桥墩的布置
桥墩的位置和桥梁上部结构的分跨布置密切相关，应通过技术经济比较决定。如跨河桥的桥墩应考虑到深水或不良地基会对桥墩基础施工带来的各种困难，冰凌、漂木或泥石流，会增加桥墩额外的负荷，布置桥墩时，应特别慎重；地形陡峻的V形深谷,宜以较大跨度跨越,避免在沟底设置高桥墩;当桥下净空无特殊要求，河床及地基情况允许采用浅基础桥墩，或为了美化环境，避免高路堤 ( http: / / baike. / view / 493184.htm" \t "_blank )占地太多而修建的旱桥，则以低墩短跨的桥孔布置为好。
跨海大桥的桥墩是如何施工的
先在河道中设计桥墩处搭建外排架(2)，在外排架(2)靠近钢管面放置外层模板(1)，搭建内排架(5)，在内排架(5)靠近钢管面放置内层模板(4)，然后在外层模板(1)和内层模板(4)之间填充土(3)，把围堰(6)内积水抽出，即可在围堰(6)内进行桥墩施工。由于本发明桥梁架设中使用了模板填土施工新方法，分块拼做薄壁围堰，能有效地减少填土量，大大方便河道流水及泄洪，具有防冲防渗，硬性及密实性能好，且施工简单，减少了施工量，节约了成本，投资小，工期短，拆除清理简便。
设计的一般过程
——简易桥墩的结构设计
班级： 小组成员：
发现与明确问题。
发现问题：
明确问题：设计要求
二、制定设计方案
1、收集信息：收集方法和途径，及要收集哪些信息？
2、设计分析：如何达成设计要求？
3、方案构思 4、方案呈现 5、方案筛选
预估作品的承重 kg 本组作品的承重： kg
三、制作模型
四、测试、评估及优化
1、测试：内容：
方法及过程：
2、评估
3、优化
五、产品的使用和维护
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——简易桥墩的结构设计
一、课标与教学分析
本课教学是在学生完成技术与设计必修1，及必修2“结构”、“流程”或“系统”内容教学后的一堂非新授课，目的是使学生对设计的一般过程有更为深刻而全面的理解和感悟。而结构设计也是教学的重点和难点，结构设计和技术设计一样，具有明确的目的性，方案的多元性和创新性。所以，在教学过程中，应当重视满足使用者的需要、多方案的形成和強调设计的创新。
如何通过纸制简易桥墩的结构设计，既达到复习结构的有关知识，又再次体验科学合理的设计过程,有助于设计活动的顺利开展，从而养成良好的设计习惯和技术素养。同时也体会到通过对通用技术学习带给学生对知识得到应用转化的成功感，激发学生继续学习通用技术的热情。
二、学情分析
由于结构设计往往涉及较复杂的数学、科学的知识和原理，虽然学生有过结构设计经历，但结构设计考虑的主要因素具有多元性，有一定的难度。对于设计的一般过程学生重视程度还不够，没有很好地贯穿整个设计过程中，所以想通过本活动再次引导学生养成科学合理的设计思维。
三、教学目标及分析
（一）知识与技能
1、通过简易桥墩设计和制作，掌握设计的一般过程。
2、掌握简单结构的设计，并绘制设计草图，做出模型。
（二）过程与方法
1、通过问题驱使方法，提出问题层层进入，激发学生思考，引起学生兴趣。
2、通过小组合作设计方案，动手制作亲身经历，并对制作的桥墩进行测试评价，等方面加强学生对结构设计方法的体验。
（三）情感态度与价值观
1、通过小组合作，加强团结协作精神，加深同学间的情感。
2、通过鼓励与竞赛的方法，充分调动学生的积极性，体现关爱学生,使课堂人文得到体现。
3、在方案构思中注重学生的创新精神的培养，在动手实践中注重培养严谨、认真、细致的工作态度
四、重点与难点分析
教学重点是通过简易桥墩结构的设计，掌握设计的一般过程 。
教学难点是如何综合考虑结构设计过程中的各种因素，制定方案并优化。
五、教学策略与手段
利用课件图片、竞赛方式丰富课堂，调动积极性；在讨论分析中引出主题，明确要求；在小组合作、动手实践中完成方案设计模型制作；在试验中得出结论，对自己的作品评估及优化；最后在师生小结中发表感言结束本课教学。
六、教学资源准备
多媒体课件、设计一般过程学案、模型制作材料包（扑克牌若干、透明胶带、双面胶、剪刀各1）、2.5公斤、5公斤、10公斤、15公斤杠铃片若干片。
七、教学过程
（一）引入课题
1、简要复习设计的一般过程的五个步骤，回顾旧知。
2、通过观赏紫金大桥等桥梁图片，引出主题。
（二）主题教学
环节一：发现与明确问题
师讲述：设计必须从调查需求、分析信息、发现与明确需要解决问题开始，提出设计项目，明确设计要求。
生观察思考讨论：1）、仔细观察桥墩你发现了什么问题？
2）、为什么大多数的桥墩是圆形的？
3）、由此你产生了想解决什么问题的需求？
引出需求：想制作不同形状桥墩模型，看看谁能承受更大的重量
师生共同明确设计主题：简易桥墩结构的设计。
师生共同讨论：简易桥墩的设计要求有哪些？
明确设计要求：⑴ 材料：尺寸为8.6x5.6cm扑克牌6张
⑵ 功能：稳定并能承受尽可能大的重量
⑶ 结构：为了重心一致，高度为56mm， 横截面和外部形状不限，至少一端不封闭
⑷制作工艺：纸质手工
(5)方案制定、模型制作完成时间： 15分钟内
为了激发学生的积极参与，采用小组竞赛的方式
明确比赛规则：比赛结果将以承重质量M除以本身质量m得到A，即M /m=A，A值大的获胜 。 总而言之：希望作出既轻便又坚固的作品。
环节二：制定设计方案
（1）、收集信息
（2）、设计分析
（3）、方案构思
（4）、方案呈现
（5）、方案筛选
教师温馨提醒:
1.运用不同的材料、结构可以产生不同的设计方案。
2.任何设计方案都有改进的可能性，好方案决不会仅有一个。
（1）收集信息
师讲述：收集信息的方法很多，可以通过用户调查、专家咨询、查阅图书资料、收听收看广播电视、浏览互联网等。你认为需要收集哪些方面的信息？
课件展示有关桥墩结构的网载图片及说明。
（2）设计分析
师引导学生根据设计要求，找出设计需要解决的主要问题和解决方法。
观察分析生活中真实的桥墩，思考这些结构能承受较大重量、风力、水流冲击力的原因。
（3）方案构思
小组活动： 根据所给的材料和工具，结合自己的经验，提出两种以上的设计方案，并在学案中绘制简单的平面草图。
（4）方案呈现：选择一些代表性的小组投影展示其设计草图。
归纳出可能有：方案A：横截面呈三角形
方案B：横截面呈圆形
方案C：横截面呈矩形等等
（5）方案筛选
小组讨论：依据设计要求，对方案进行筛选。在认真讨论的基础上，画出本组优化后的纸制桥梁设计草图，并预测该设计作品的最大承重能力并记录于学案中。
环节三：制作模型
要求学生对筛选的方案用所给的材料包进行制作，不可添加其他物质。只可利用透明胶带、双面胶、剪刀辅助连接。
小组活动：规定时间内制作纸制桥墩结构模型。上交作品。
师强调以下几点：
1、分工合理，团结协作。
２、讲究效率，注意安全。
３、不断完善，敢于创新。
４、完后整理，交流准备。
（考虑到课堂的人文关爱学生，更好地调动学生的积极性和效率，用掌声的形式给予奖励。做得最快的给予奖励，做得有创新的给予奖励，作品交流时讲得好给予奖励。）
师在讲台上一字展示学生作品
环节四：测试、评估及优化
1、引导学生讨论：需要对作品的哪些方面进行测试？如何测试？
讨论得出测试内容及方法：主要对桥墩模型进行稳定性和强度的测试。
学生代表上讲台进行测试并记录：首先通过左右摇晃测试稳定性，逐步增加重物的方法进行强度测试。杠铃片每次只能放置一块（重量不限），每片杠铃片能维持3秒钟时间才认可成绩。测试并记录最大的承重数据。
根据比赛规则：比赛结果将以承重质量M除以本身质量m（可跟据所用的材料多少来推测）得到A，即M /m=A，A值大的获胜 ，宣布获胜小组。
2、对各个方案的结构稳固、造型、制作难度、自重等方面进行评估。
3、分析测试和评估的具体记录，同时听取他人的意见进行改进优化。
(三) 课堂交流与小结
师小结：简易桥墩的设计最侧重的是功能、强度和稳定性。在一个具体的结构设计过程中，侧重考虑哪些主要因素，必须在全面考虑的基础上才能确定。
学生的交流与小结：请学生小组交流，发表活动感言。
八、作业设计：利用课余时间继续对方案进行优化，设计出更好、更完善的作品。
九、教学反思
本课时由于选择设计的主题难度适中，学生有能力完成，并采用竞赛的方法，因此学生积极参与。由于上课时间只有40分钟，所以有一些环节必须简化，造成某些环节不够充分，有匆忙赶课的感觉。总得来说，学生体会到通过对通用技术学习带给学生对知识得到应用转化的成功感，激发学生进一步学习的热情。
百度收集有关桥墩的资料:
桥墩的结构
在两孔和两孔以上的桥梁中除两端与路堤衔接的桥台外其余的中间支撑结构称为桥墩。桥墩分为实体墩、柱式墩、和排架墩等。按平面形状可分为矩形墩、尖端形墩、圆形墩等。建筑桥墩的材料可用木料、石料、混凝土、钢筋混凝土、钢材等。不同桥的桥墩的结构不同，视情况而定，如：河流上多用实心结构，高架桥多用柱式墩或排架墩。桥墩的结构由挖孔桩、承台、墩身、托盘和台冒。T型墩是安装连续梁的，台冒是支撑整个梁的主要部分，台冒上面是放支座的，对连续梁的活动有很大的作用，比如热胀冷缩的位移或由于动荷载的作用，为了使梁体不会被拉断或涨体的活动造成事故，支座就起到了避免被拉断的作用。
桥墩的类型
桥墩分重力式桥墩和轻型桥墩两大类。
一般为采用混凝土 ( http: / / baike. / view / 23579.htm" \t "_blank )或石砌的实体结构。墩身上设墩帽，下接基础。它的特点是充分利用圬工材料的抗压性能，借自身的较大截面尺寸和重量承受竖直方向和水平方向的外力，具有坚固耐久，施工简易，取材方便，节约钢材等优点。缺点是圬工量大，外形粗大笨重，减少桥下有效孔径，增大地基负荷；当桥墩较高，地基承载力较低时尤为不利。
轻型桥墩是针对重力式桥墩的缺点而出现的桥墩,具有外形轻盈美观，圬工量少，可减轻地基负荷，节省基础工程，便于用拼装结构或用滑升模板施工，有利于加速施工进度，提高劳动生产率等优点，目前正得到迅速发展。
桥墩的布置
桥墩的位置和桥梁上部结构的分跨布置密切相关，应通过技术经济比较决定。如跨河桥的桥墩应考虑到深水或不良地基会对桥墩基础施工带来的各种困难，冰凌、漂木或泥石流，会增加桥墩额外的负荷，布置桥墩时，应特别慎重；地形陡峻的V形深谷,宜以较大跨度跨越,避免在沟底设置高桥墩;当桥下净空无特殊要求，河床及地基情况允许采用浅基础桥墩，或为了美化环境，避免高路堤 ( http: / / baike. / view / 493184.htm" \t "_blank )占地太多而修建的旱桥，则以低墩短跨的桥孔布置为好。
跨海大桥的桥墩是如何施工的
先在河道中设计桥墩处搭建外排架(2)，在外排架(2)靠近钢管面放置外层模板(1)，搭建内排架(5)，在内排架(5)靠近钢管面放置内层模板(4)，然后在外层模板(1)和内层模板(4)之间填充土(3)，把围堰(6)内积水抽出，即可在围堰(6)内进行桥墩施工。由于本发明桥梁架设中使用了模板填土施工新方法，分块拼做薄壁围堰，能有效地减少填土量，大大方便河道流水及泄洪，具有防冲防渗，硬性及密实性能好，且施工简单，减少了施工量，节约了成本，投资小，工期短，拆除清理简便。
设计的一般过程
——简易桥墩的结构设计
班级： 小组成员：
发现与明确问题。
发现问题：
明确问题：设计要求
二、制定设计方案
1、收集信息：收集方法和途径，及要收集哪些信息？
2、设计分析：如何达成设计要求？
3、方案构思 4、方案呈现 5、方案筛选
预估作品的承重 kg 本组作品的承重： kg
三、制作模型
四、测试、评估及优化
1、测试：内容：
方法及过程：
2、评估
3、优化
五、产品的使用和维护
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