桥梁模型设计方法
一、设计方法:
1、方案构思与结构选型
根据竞赛规则要求,我们从模型设计的要求、模型制作材料的性能、加载形式和制作方便程度等方面出发,采用白卡纸、白乳胶和白棉线设计制作了桥梁模型。
为了达到轻简抗挠的效果,通过对稳定性的分析,我们采用了悬索与拱桥组合的结构。简支梁是我们结构的核心部分,为了增加其的刚度和稳定性,在接点出增加了承台,两条梁用棉线绑扎固定。
2.模型规格:
1)模型总跨度1050mm,桥面宽220mm,桥面高
差>150mm。
2) 桥梁模型设计为双跨不对称结构,左跨300mm右跨
650mm,每个车道宽100mm。
3.) 受力构件设计
a) 核心部分为支架简支梁。桥面板和简支梁的组合,作为压弯系统,承担结构的整体受压、受弯;
b) 简支梁之间用棉线绑扎为了增加简支梁的稳定性; c) 多层梁组合作为抗拉系统,承担桥梁变形由简支梁传递过来的的拉力。
二、设计过程:
1.材料性能分析
白卡纸:A0图纸。此模型设计的重点是抵抗均布载荷和动载过程对桥梁产生的屈 曲、断裂、磨损以及弯曲等破坏。所以考虑到白卡纸具有两考的抗拉性能,而且通过简易的构建制作,能够大大提高白卡纸的强度。组合成一个具有良好结构体系的桥模型。发挥纸所体现出的钢的特性。
乳白胶:粘结力强,满足结构受力特点,使纸间紧密结合。缺点是湿度 大,不易干燥,干燥后硬度强,但容易产生脆性破坏。
棉线:韧性较好,材质较轻,易于绑扎节点与乳白胶配合使用可以使结构更加牢固,还可以承受一定的拉力。
2.结构选型
此模型设计的重点是抵抗静载加载砝码对桥梁产生的弯矩总和,利用好卡纸自身抗拉的力学特性。再者组合梁结构综合应用了刚性构件抗弯刚度高的优点,结构可以做到结构自重相对较轻,体系的刚度和稳定性相对较大,因而可以承受较大的载荷。
纸桥结构设计大赛的培训通知如下:有关培训纸桥设计事宜通知如下:
1、培训对象:未参加过行政服务中心组织培训的窗口工作人员。
2、培训时间:2022年1月1日至11月3日共3天。
3、培训内容:纸桥结构设计
4、培训要求:岗前培训工作是我中心学习教育活动中的一项重要工作,要求窗口新上岗人员必须参加,不得缺席。特此通知2022年11月3日。
制作时间35分钟
桥的强度(两桥墩之间)不小于15厘米,桥宽不小于5厘米
桥的承重力强,坚固(以重物重量为准)
⑵ 科学的研究方法:
①用声像演示的手段向学生展示桥梁用各种物件,如工字型钢、角钢等(如图),使学生理解通过改变纸的形状,可以增加柔软纸的强度并能承载一定的重量。学生自己动手试验,寻找更多的用改变纸的形状增加纸承载重量的方法,以此培养学生探索、观察、分析能力;初步训练学生能将常见的事物本质属性抽象、概括,形成科学概念的概括、推理、归纳、综合能力。
②学生查找资料或向教师、家长请教“物体形状和强度的关系”及科学原理,收集和查阅有关桥梁设计、造型方面的资料和图片。训练学生学会收集、整理和初步运用多种信息,有目的地开展调查研究的方法。并将收集到的资料、信息积累起来,分类保管,树立信息积累的观念。
③学生以组为单位活动。要求各活动小组根据本组设计的图纸,按制作要求密切合作,完成纸桥的制作。在制作过程中,注意用“记录纸”(或教师提供的数据表)记录相关数据。使学生学会处理观察、制作结果的科学方法。
④各活动小组展示各自作品,由各组选派一名同学谈设计制作的感受。训练学生运用语言完整表达观察结果、制作过程、描述成品的能力。
⑶ 科学行为习惯的养成:
①通过独立完成查找资料、准备设计图纸等自主学习活动,培养学生学习的自觉性,并掌握良好的阅读技能,养成自觉进行课外阅读的习惯。
②活动小组协作完成纸桥制作,培养学生团结合作的团队精神。
③制作中注意记录数据,养成良好的科学行为习惯。
3.重要词汇: 压力、压强、静强度、承重力
◇设计思路
(一) 活动内容的可行性及成功的原因:
1.
活动内容的选择符合学生现有的知识结构和认知水平,注重培养学生运用综合的知识能力解决实际问题,在活动中综合运用了物理、数学、几何、美术和手工制作等多方面的知识和能力。
2. 活动内容的选择具有一定的科技含量,把研究、实验、制作有机的结合起来,有助于培养学生的科技意识、科学方法和科学的探索精神。
3. 活动过程设计突出以学生为主体的教学过程,启发学生自主学习,主动探索,充分发挥学生在学习上的主动性和创造能力。
4. 根据活动内容,确定活动形式,精心设计活动过程是成功上好活动课的关键。
5. 选择恰当的活动形式,可以有效地激发学生学习的兴趣,使他们始终保持良好的学习状态。
6.
充分的课前准备,是上好活动课的前提和保障,它包括:活动方案设计、收集资料、教师课前实验、研究、制作、教学用具、材料、设备准备(录像、投影仪等)。
(二) 活动要点:
1. 活动以小组为单位,全班分成若干活动小组(每组4人)采取竞赛的形式进行活动。
2. 教师引导学生进行纸的强度和承重实验,确定实验目的,为进行纸桥设计做准备。
3. 课前要求学生收集桥的图片资料和有关材料力学方面的资料,课上研究设计纸桥的制作图纸。
4. 按照设计图纸制作纸桥。完成后,以组为单位进行展示,评比。
5. 纸桥的评比要求及标准:
① 制作时间:35分钟(30分)
②桥墩跨度20-25厘米,桥面宽5-7厘米(10分)
③桥的承重强、坚固 (以重物重量为准)跨度大的于要求可酌情加分
④桥的造型美观(30分)
◇实施条件
1. 学生用活动器材
⑴ 材料:八开图画纸若干张 每座桥用四张八开图画纸
⑵ 用具:剪刀、糨糊、铅笔、橡皮、直尺、圆规、三角板等
⑶ 架设物:图书、纸盒或木块等,由学生任意选择
2. 教具和设备
⑴ 天平、砝码、石子等
⑵ 录放像机、电视机各一台,实物投影仪一台
3. 场地要求
在普通教室内分组活动
4. 指导者的人力资源
◇活动过程
(一)第一次活动:探究纸的形状与它所承受的重量的关系(或称:纸的强度试验)活动时间:45分钟
1. 导入:
用声像演示的手段向学生展示桥梁用各种物件,如工字型钢、角钢等(如图),使学生理解通过改变纸的形状,可以增加柔软纸的强度并能承载一定的重量。启发和引导学生探索,并用试验的方法,寻找更多的用改变纸的形状增加纸承载重量的方法。
2. 活动的开展
⑴ 教师巡视学生试验过程并随机指导。
⑵ 要求学生用文字、图表等不同形式把制作方案表述清楚。
⑶
将满意的设计图样制作成宽不小于5厘米,长不小于15厘米的“桥面”,并测量出它的承重量。选出小组内承重量最大的“桥面”,试分析承重量最大的原因,(用作架设物的书、纸盒或木块,由学生自由选择)
⑷ 成果展示与交流
每一小组选出一名同学,汇报并展示小组成果,组内同学补充。选出最佳设计方案。
3. 布置本次活动后的任务和下一次活动的内容:
⑴ 活动后查找资料或向教师、家长请教“物体形状和强度的关系”及科学原理。
⑵ 根据本次活动的实验方法和有关资料的学习,初步构思纸桥的结构造型。
⑶ 收集和查阅有关桥梁设计、造型方面的资料和图片。为纸桥的设计勾画草图。
(二)第二次活动:纸桥的设计 活动时间:45分钟
1. 导入:
教师布置本次活动预定完成的目标。
⑴ 用同学们交流信息的方式,使学生对物体的形状与强度的关系有进一步的认识;
⑵ 通过同学展示所获得的资料、纸桥草图的方式启发学生思路。
2. 活动的开展:
⑴
首先请同学们观赏部分桥梁的图片资料。本课要求各小组根据每个同学的构思和搜集的资料、图片共同研究纸桥的设计方案并画出图纸。(设计时间30分钟。)
⑵ 学生以组为单位开始活动(教师巡视)
3. 活动小结:
课上同学们进行了纸桥的图样设计,不完善的地方需进一步修改,特别是如何提高桥面的承重强度应作进一步的研究和探索并利用课余时间进行制作练习,为下节课纸桥的制作作好准备。
(三) 第三次活动:纸桥的制作 活动时间:45分钟
课前要求学生根据小组设计桥的方案准备好相应的材料和用具。
1.录像导入:展示前两节课活动过程。
2.活动的开展:
上节课进行了纸桥的设计,各组完成了制作图纸。本课要求各活动
小组根据本组设计的图纸,按制作要求密切合作,完成纸工桥的制作。
3.活动要求及评比规则:(师生共评)
⑴ 制作时间35分钟(30分)规定时间内未完成不得此项分。
⑵ 跨度(10分)
⑶ 承重(30分)
⑷ 造型( 30分)
⑸创造性
⑹合作精神
2.作品展示:
选择若干完成纸桥制作的小组展示其作品,由各组选派一名同学谈设计制作的感受。
◇活动小结:
⑴ 总结学生的活动情况。
⑵ 肯定学生在活动中所表现出的创造能力及勇于探索、认真钻研的学习态度。
⑶ 鼓励学生认真学好科学文化知识,掌握多方面的能力,做跨世纪人才。
◇活动评价及总结
1.学生自我评价和教师的小结。
2. 请学生谈作品的设计思路、制作方法以及制作体会。
用纸做的桥,其中的科技含量、知识密度以及对材料的性能认识特别高,纸桥形式各异,在常见的纸桥结构中多采用复合截面,造型上多采用三角形、矩形、梯形、拱形、卒形及其他一些形式。
在施压过程中,桥的破坏样式是多种多样的,有结构点受压破坏、纸带受拉破坏、杆件受弯破坏及其他破坏。从承重的大小可以看出一个结构形式是否合理,桥的各构件的协调是否到位。小小的纸桥却能够承受上百公斤的重量,体现了结构和力学的完美结合。
扩展资料
由于纸桥“原理易懂、实践性强、易于操作”的特点,被全国许多著名大学引进,深受广大同学的喜爱。举办纸桥大赛不仅可以提高大学生的综合素质及创新能力,激发学生的潜能,还可以展现大学生创新、进取的精神风貌。
2003年,首届“建工杯”纸桥大赛在哈尔滨工程大学举办。2005年,第一届全国大学生结构设计竞赛在浙江大学举办。2008年,第二届全国大学生结构设计竞赛在大连理工大学举办,以纸作为比赛材料。
焚毁后的伦敦桥进行了重建,但是重建后的伦敦桥却于1091年毁于风暴之中。再次重建后的伦敦桥于1136年再次被毁,不过这一次毁于大火。于是自1176年开始,人们开始用石头建造伦敦桥,并于1209年最终建成。新的伦敦桥的建造前后共耗时33年,期间据说有150名工人丧命。新建成的伦敦桥也许是中世纪所建造的桥梁中最奇怪的一座,完全不对称,19个桥拱中,没有任何完全相同的桥拱。除了19个桥拱,还有一座吊桥。桥面上很快就建起了房屋和商店,桥中央甚至还建了一座小教堂。桥南端另外还有一座门楼。桥拱很窄,水流湍急,所以只有勇敢者或鲁莽之辈才从拱下驶过,很多人因此而丧命。
南端的门楼变成了伦敦最臭名昭著的景点:叛国者被砍下头,钉在木桩上,并涂上沥青以防腐。1305年,著名的苏格兰叛军首领威廉·华莱士的头颅被钉在门上, 由此开始了一个长达355年的传统。其他被砍头的著名人物包括1450年的杰克·凯德,1535年的托马斯·莫尔爵士和约翰·费希尔主教及1540年的托马斯·克伦威尔。1598年,一个到伦敦游玩的德国游客曾经数过桥上的人头,共有30个之多。这一传统在查尔斯二世复辟之后,于1660年最终被废止。
伦敦桥上的建筑不仅带来火情隐患,而且增加了桥梁的承重负担,因此历史上曾经出现过好几次灾难也就不足为奇了。1212年或1213年,大火同时从桥的两头烧起,很多人被困在中央,据说导致了3000人死亡。1633年的一场大火将一半的桥梁烧毁。1758年至1762年期间,桥上的房屋及中间两个桥拱被拆除,从而加大跨度以提高通航能力。
到了19世纪初,经历了600余年风风雨雨的伦敦桥已经不堪重负,显然需要重建。于是1799年,一场设计新桥以取代旧桥的竞赛就此展开,期间工程师托马斯·特尔福德设计了一个跨度为600英尺的单拱铁拱桥。这一革命性的设计虽然得到交口称赞,但是却从未得到实现,究其原因,是因为人们对其可行性以及建筑所需要的土地面积心存疑虑。
最终,一座优美的五拱石桥屹立在原桥址西边100英尺处。这座新伦敦桥由工程师约翰·雷尼设计,由其子(与其父同名)督造,历时7年(1824年至1831年)。该桥长928英尺,宽49英尺,由花岗岩建成。1902年至1904年期间,为了缓解伦敦交通拥挤这个老问题,曾对桥梁进行加宽。不幸的是,加宽后的桥身令基础难以承受,人们后来发现伦敦桥以每年1/8英寸的速度下沉。
1968年,雷尼父子设计和建造的伦敦桥以246万美元的价格卖给了美国企业家罗伯特·P·麦卡洛。据说麦卡洛购买伦敦桥是出于一个错误:他误以为自己买的是塔桥——伦敦另一座著名的桥梁,经常有人把它和伦敦桥混淆起来。伦敦桥被拆解,运回了美国亚利桑那州的哈瓦苏湖市,并于1971年10月10日最终重新复原完成,对外开放。如今,位于沙漠中的伦敦桥成为一个人造英国主题公园的核心部分,成了继大峡谷之后,美国第二大旅游景点。不过离开了伦敦、离开了泰晤士河的“伦敦桥”还算伦敦桥吗?
如今横跨在泰晤士河上的伦敦桥建于1967年至1972年之间,其部分费用来自出售给雷尼父子的伦敦桥的所得。新桥是座相当乏味的水泥桥,有三个跨度。它也许更结实,更实用,除此之外,和旧伦敦桥无法相比。
2000年来,伦敦桥不仅见证了人类的历史,其本身的历史就是人类文明的发展史。从木桥到石桥再到水泥桥,伦敦桥屡兴屡衰,不变的唯有桥下的泰晤士河水以及其自身的名字。如今横跨在泰晤士河上的伦敦桥又将在什么时候结束其使命?