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桥梁的设计与模型制作

1. 桥梁有哪些种类?
基本有如下几种：

2.为什么有这样的设计？
人和车辆等通过桥梁时，桥面会弯曲，如果桥面弯曲的越厉害就越会发生危险。同样的材料，同样的厚度，桥的跨度越大，越易弯曲。为防止桥面过于弯曲，可采用不同的方法帮助桥面承担重量。
如： 梁式桥
梁式桥是一种在竖向荷载作用下无水平反力的结构。由于外力（恒载和活载）的作用方向与承重结构的轴线接近垂直，故与同样跨径的其它结构体系相比，梁内产生的弯矩最大，通常需用抗弯能力强的材料（钢、木、钢筋混凝土等）来建造。
梁式桥还可分为：钢桁梁桥、T型梁桥、悬臂梁桥、连续梁桥和连续钢构桥等。
图一 钢桁梁桥

图二 连续式梁桥
拱式桥
拱式桥的主要承重结构是拱圈或拱肋。这种结构在竖向荷载作用下，桥墩或桥台将承受水平推力。同时，这种水平推力将显著抵消荷载所引起在拱圈(或拱肋)内的弯矩作用。因此，与同跨径的梁相比，拱的弯矩和变形要小得多。鉴于拱桥的承重结构以受压为主，通常就可用抗压能力强的圬工材料(如砖、石、混凝土)和钢筋混凝土等来建造。
拱桥的跨越能力很大，外形也较美观，在条件许可的情况下，修建拱桥往往是经济合理的。
拱桥种类繁多，常见的有：圬工拱桥、箱型拱桥、双曲拱桥、钢架拱桥、桁架拱桥、肋拱桥、桁式组合拱桥和斜腿钢架拱桥等。根据拱桥的不同承载方式，还可分为：上承式桥梁、下承式桥梁、中承式桥梁。图六 上承式拱桥桥梁
图七 下承式拱桥桥梁

图八 中承式拱桥桥梁
悬索桥
传统的悬索桥(也称吊桥)均用悬挂在两边塔架上的强大缆索作为主要承重结构。在竖向荷载作用下，通过吊杆使缆索承受很大的拉力，通常就需要在两岸桥台的后方修筑非常巨大的锚碇结构。悬索桥也是具有水平反力(拉力)的结构。现代的悬索桥上，广泛采用高强度的钢丝成股编制的钢缆，以充分发挥其优异的抗拉性能，因此结构自重较轻，就能以较小的建筑高度跨越其它任何桥型无与伦比的特大跨度悬索桥的另一特点是：成卷的钢缆易于运输，结构的组成构件较轻，便于无支架悬吊拼装。我国在西南山岭地区和在遭受山洪泥石冲击等威胁的山区河流上，以及对于大跨径桥梁，当修建其他桥梁有困难的情况下，往往采用吊桥。悬索桥的样式图见下图所示：

图九 单跨式悬索桥
斜拉桥
斜拉桥由斜索、塔柱和主梁所组成。用高强钢材制成的斜索将主粱多点吊起，并将主梁的恒载和车辆荷载传至塔柱，再通过塔柱基础传至地基。这样，跨度软人的主梁就象一根多点弹性支承(吊起)的连续梁一样工作，从而可使主梁尺寸大大减小，结构自重显著减轻，既节省了结构材料，又大幅度地增大桥梁的跨越能力。此外，与悬索桥相比，斜拉桥的结构刚度大，即在荷载作用下的结构变形小得多，且其抵抗风振的能力也比悬索桥好，这也是在斜拉桥可能达到大跨度情况下使悬索桥逊色的重要因素。
斜索在立面上也可布置成不同型式。各种索形在构造上和力学上各有特点，在外形美观上也各具特色。常用的索形布置为竖琴形(图十)和扇形(图十一)两种。另一种是斜索集中锚固在塔顶的辐射形布置(图十二)，因其塔顶锚固结构复杂而较少采用。图十 竖琴形斜拉桥图十一 扇形斜拉桥
图十二 放射形斜拉桥
3.建桥的材料及性能。
材料的选择主要考虑如下方面：（1）.材料是否易得？（2）.成本有多少？（3）.防火及防腐蚀性如何？（4）.是否坚固？

材料
特性

石头

木材

混凝土

钢铁
材料是否易得
易
易
较难
较难
成本
低
低
较高
高
.防火及防腐蚀性
较好
低
好
好
坚固度
较高
低
高
高

桥梁模型制作：
1. 自己设计并制作桥梁模型
要求：制作一个主桥面长50cm的桥梁模型。桥的总质量不能超过100g。
材料：卡片，纸，绳，铁丝，胶水等。
评价标准：
(1）桥梁的坚固性（可以用桥面上放重物的方式）。（2）.造型是否美观。
2. 组成小组进行比赛
目的：建造一个接近实际的桥梁
要求：由人数相同的小组在相同时间进行比赛，桥长4-8米，宽不限，建成的桥至少能承受一个人的重量。并由指导教师进行小组评比。

桥梁模型制作指导大纲

一、意义
桥梁承重结构模型是全国模型竞赛中最具挑战性的项目，从模型的设计、制作、实验到竞赛的整个过程始终体现了对青少年成长有着深远意义的科学教育观，开展此项模型活动可以有机地和教育课程改革相结合，是拓展型课程和研究型课程的极好题材。
二、制作材料的规定
1、整体结构的制作须使用桐木条,其规格在2毫米×2毫米至3毫米×3毫米之间(误差为+0.1毫米),由运动员自行选择.
2、结构设计规定(具体规定)
3、结构制作规定
(1) 木条的连接使用胶水粘接完成
(2)结构中的木条可以弯曲,但不可以使用化学方法加工,不允许使用油漆、玻璃纤维等加固包裹木条外表面
（3）木条不允许平行叠层粘接，两根平行木条之间的距离不得小于2毫米
（4）整个结构的制作应在竞赛前完成
三、案例

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