5.2 桥梁的结构与制作-【牵手名师】2025-2026学年八年级科学上册同步教学课件（浙教版·新教材）

第5章　建筑结构与工程 第2节　桥梁的结构与制作 浙教版　八年级上册 科学 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量，而且还能够承载来来往往的车辆？ 课堂引入 参考视频 课堂引入 1. 桥梁组成部分及作用 一、桥梁的结构 如图所示，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：位于桥的两端起支撑作用的部分 内容讲解 6 2. 桥梁分类 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 内容讲解 7 （1）梁式桥 ①定义：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。 梁式桥 ②桁架：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 内容讲解 8 ③桁架桥：用桁架梁作为主要承重结构的桥梁，是一种加固了 的梁式桥。 上海外白渡桥 内容讲解 9 杭州钱塘江大桥 内容讲解 10 （2）拱桥 ①定义：用拱圈或拱肋作为桥身主要承重结构的桥。 ②代表桥梁 赵州桥：我国古代石拱桥 杰出代表，建于595～605年， 为单孔敞肩石拱桥，跨度 37.37 m。在桥梁两端各设置 两个小拱（敞肩拱），既减 轻了桥身自重，又提升了泄 洪能力。 河北赵州桥 内容讲解 11 拱宸桥：始建于明朝，位于京杭大运河上，也属于拱桥。 杭州拱宸桥 内容讲解 12 北京宛平卢沟桥 内容讲解 13 苏州枫桥（寒山寺旁） 内容讲解 14 浙江泰顺廊桥 内容讲解 15 （3）悬索桥 ①结构：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。 ②代表桥梁：四渡河大桥， 2016年建成通车，主跨达900 m， 是目前在深山峡谷里修建的全球 最长的悬索桥。 湖北四渡河大桥 内容讲解 16 舟山西堠门大桥 内容讲解 17 南京长江四桥 内容讲解 18 （4）斜拉桥 ①结构：将主梁用许多根拉索直接拉在桥塔上。由承受拉力的 桥塔、拉索和主梁组成。 ②代表桥梁：北盘江第 一桥，2016年建成通车，主 跨达720 m，跨越云、贵两 省交界的大峡谷，是全球最 高的斜拉桥。 云南、贵州交界处的北盘江第一桥 内容讲解 19 江苏省苏通长江公路大桥 内容讲解 20 香港昂船洲大桥 内容讲解 21 1.荷载定义 二、桥梁的受力 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。 内容讲解 22 3. 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。 梁式桥的受力图 内容讲解 23 4. 拱桥的受力 （1）荷载作用效果：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。 拱桥的受力图 （2）力的传递：桥的拱部把受到的荷载传递至拱形结构的两端。 内容讲解 24 （3）基座受力情况：基座不仅受到竖直向下的压力，还受到水 平方向的力。 拱桥的受力图 （4）基座对拱形结构的反作用力：两侧基座会给拱形结构施加 竖直向上的支持力和水平方向的力。 内容讲解 25 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. 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？ 内容讲解 绳子两端请同学拉紧，是为了给绳子施加拉力，使绳子绷紧。 只有绳子绷紧，才能更好地模拟悬索桥缆索承受拉力的状态，让绳 子能够承受木板和书本的总重力，保证简易悬索桥结构的稳定。如 果绳子松弛，无法有效承担荷载，木板和书本的总重力会使绳子下 垂过度，导致结构坍塌，无法完成模拟悬索桥承载的实验。 内容讲解 5. 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。 悬索桥的受力图 内容讲解 28 6. 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。 斜拉桥的受力图 内容讲解 29 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？ 索塔建得高的好处： ①优化拉索受力效果：索塔高度增加会增大拉索与桥面的夹角。根据 受力分析，拉索的垂直拉力更大。这降低了桥面的横向压力，提升结构整 体稳定性。 ②扩大桥下净空：高索塔允许拉索锚点更高，为桥下船只或车辆提供 更大的通行空间。 ③适应大跨度需求：更高的索塔能支持更长的拉索，从而覆盖更大的 桥梁跨度。 ④改善桥面刚度：通过增加拉索密度和优化角度分布，高索塔能提升 桥面抗形变能力，减少车辆通行时的振动。 内容讲解 30 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？ 索塔并非越高越好。 ①材料与成本限制。增加塔高会大幅提高钢材或混凝土用量，同时施 工难度导致成本增长。 ②稳定性风险。风力增大时，会增大振动或横向摆动。 ③拉索效果递减。当塔高超过一定阈值，拉索长度增加会导致自重显 著上升，反而降低荷载传递效率。 ④美学与环境协调。过高索塔可能破坏景观和谐。 内容讲解 31 桥梁是人类文明的产物，作为科学、技术和艺术凝结成的建筑 结构，它具有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。 建筑艺术 内容讲解 32 1. 设计和制作结构的目的 三、桥梁的设计与制作 为了完成某种任务或满足 特定的需要。如桥梁的作用就 是帮助人们跨越障碍物，使人 们可以通过桥梁越过河流等。 2. 结构设计考虑的因素 结构设计考虑因素 内容讲解 33 3. 结构设计的一般过程 明确内容 制订设计方案 制作模型或原型 优化与完善 内容讲解 34 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 内容讲解 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 填写到表中。 维度 长度/cm 宽度/cm 承重/N 标准 桥梁模型的建造标准 内容讲解 2. 设计方案。 依据配件或自选器材，设计桥梁的整体结构，绘制设计图。 内容讲解 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，如图甲。将2根直杆 拼接后可作为非等腰直角三角形的斜边，如图乙。将斜杆B作为等 腰直角三角形的斜边，如图丙。盖板作为桥梁中间的路面连接，如 图丁。 内容讲解 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。 斜拉加强杆图示 内容讲解 （2）按照设计图纸组装、制作桥梁模型，如图所示。 桥梁模型图 参考方案效果图 内容讲解 4. 测试评价。 依据标准对桥梁的长度、宽度、高度、自重、承重能力等参数 进行测量、评价，设计记录表格，将结果记录于表中。 内容讲解 问题讨论 桥梁模型的承重能力与哪些因素有关？请设计实验方案并进行 实验，撰写实验报告。 ①可能与桥梁结构（如框架结构的疏密程度、三角形结构的数 量等）有关。 ②可能与制作材料的强度有关。 ③可能与桥梁的跨度有关 以此为参考自行设计实验并验证 内容讲解 桥梁的结构 与制作 桥梁的结构 ①组成：常见的桥梁一般由主梁、桥墩、桥台等组成 ②分类：梁式桥、拱桥、悬索桥、斜拉桥 桥梁的受力 桥梁的设计与制作 知识总结 43 1．下列展示的四座桥，各自的类型分别是（　　） A．甲：斜拉桥；乙：梁式桥；丙：拱桥；丁：悬索桥 B．甲：梁式桥；乙：斜拉桥；丙：拱桥；丁：悬索桥 C．甲：梁式桥；乙：拱桥；丙：悬索桥；丁：斜拉桥 D．甲：悬索桥；乙：梁式桥；丙：拱桥；丁：斜拉桥 D 当堂巩固 2．如图为常见的梁式桥结构示意图。下列有关梁式桥结构的认识， 错误的是（　　） A．梁式桥一般都由主梁、桥墩、桥台、基座等组成 B．采用桁架梁作为主要承重结构的桁架桥不属于梁式桥 C．桥墩和桥台都能够把主梁产生的向下的力传给下面的基座 D．结构简单的梁式桥，可把主梁直接架在两端的桥台上 B 当堂巩固 3．斜拉桥的荷载通过缆索传至索塔，再通过索塔传至桥的基座。如图 所示，从左到右四根缆索，对主梁的支承效果最好的是（　　） A．第1根 B．第2根 C．第3根 D．第4根 C 当堂巩固 46 4．桥梁是供铁路、道路、渠道、管线及行人等跨越河流、山谷或 其他障碍物时使用的具有承载能力的专门的人工构造物。下列几种常见 的桥梁中，最适合建造大跨度桥的是（　　） A．梁桥 B．拱桥 C．悬索桥 D．斜拉桥 C 当堂巩固 声　明 本课件中所用的图片、视频等素材，一部分取自电子版教材； 另一部分来源于网络，由于网络资源源头不易查询，所以未能联 系到版权所有者，若侵权，请联系删除。 宁波涌济文化发展有限公司 Lavf57.83.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 $