高中通用技术“木质桥梁模型制作”实践项目实施的问题与探索.doc

《高中通用技术“木质桥梁模型制作”实践项目实施的问题与探索.doc》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在应用文档-天天文库。

1、高中通用技术“木质桥梁模型制作”实践项目实施的问题与探索　　以下为我在“木质桥梁模型制作”项目中，如何引导学生进行设计分析，确定“桥梁模型”的结构形式:　　　　制作木质桥梁模型的项目和要求提出后，学生们跃跃欲试，大家纷纷讨论采取哪种类型的桥梁最有利于承重。有的同学想到了拱形桥，直觉拱形桥是最佳的承重结构，但苦恼限定的材料制作拱形桥有一定的难度;不少同学想到了斜拉桥和悬索桥，他们坚信悬索桥能以较小的桥身自重达到较大的承重，但终因不能使用木条以外的其他材料而放弃;有的同学想到了公路铁路桥梁常见的桁架结构;有的同学不看好胶水的节点连接强度，觉得只要把

2、多根木条牢牢的粘在一起就可以达到理想的承重;更多的同学拿出草稿纸开始试画自己心里面认为可行的桥梁形状„„　　“结构的强度与结构的形状、使用的材料、构件之间的连接方式有着密切的关系。”学生们经过讨论后达成了这样的共识:不论是什么形状的桥梁，承重垮塌的最终原因有两个:一是某根木条无法支撑最先断裂;二是某个节点最先崩溃。后者可以通过改进连接方式和提高制作工艺来解决，而前者必须依据形状来分析哪一根木条或者哪几根木条承受了较大的力，进而对其进行加固。　　大家还讨论出这样的共识:无论采取何种形状，桥体必须稳固，桥体左右两面最好垂直且保持形状尺寸一致，且中间

3、必须有横梁相连，以保证承重时不会因横向弯曲而垮塌。　　如何引导学生依据制作要求、结合工艺和承重目标选择桥梁形状，并进行设计，成为教师面临的难题。　　1.桥梁受力分析　　笔者首先引导学生先撇开材料限制、连接方式和制作工艺，冷静地分析哪一类型的桥梁具备更优秀的承重能力。　　桥梁大体按照形状可以分为:梁桥(实体结构);拱桥(壳体结构);桁架桥(框架结构);斜拉桥和悬索桥(实体结构和框架结构相结合)。笔者鼓励学生用力的分解，结合“常见结构的认识”一节中内力的概念和基本受力形式分析每种桥梁的受力特征。　　1　　梁桥最薄弱的部分在梁的中心位置，采用微观分析

4、方法，截取中间受力部分作力的分解(如图)，该部分受四个力作用，垂直向下的重力(木条重力可忽略)和承量配重的压力和内力。此时的内力为了平衡配重产生的压力，必然是水平方向略带向上角度的(即截面下部分拉力大于上部分压力)，然而木条的弹性形变是有限的，内力偏角很小，因此内力会比配重的压力大得多得多。　　采用同样的方法分析拱形桥:为平衡配重产生的压力，截面的内力必然是有向上偏角的压力。这个偏角和截面的垂直偏角相同，由于桥梁成“拱形”，这个偏角相对较大，因而内力和上面分析的梁桥相比要小得多。　　斜拉桥和悬索桥力的分析看似简单——斜拉索和悬索承受了较大的拉力

5、(拉力远小于拱桥和梁桥的内力)，并将力转移到塔柱。但值得注意的是，斜拉桥和悬索桥比梁桥和拱桥结构复杂，节点较多，塔柱要求有一定的高度，还要承受很大的弯曲力。　　桁架是一种基于三角形的特殊框架结构，桁架必须满足这样的公式:M+3=2*N，M是杆的数量，N是结点的数量。笔者通过BridgeDesigner软件(http://www.jhu.edu/virtlab/bridge/bridge.htm)进行定量分析，向学生们展示了对不同桁架的受力情况。　　2　　上图单桁结构模型图中，蓝色表示杆承受压力，红色表示杆承受拉力，三图比较可知，三角形底角角度越

6、大，杆内力越小。当三角形底角接近零度时候，单桁架桥类似梁桥，杆内力极大。　　从上图的多桁结构看，位于中部斜向分布的腹杆内力基本相同。位于上下两边水平分布的弦杆内力会因为位置而不同，上中部的弦杆承受比其他弦杆较大的压力，下部靠中间的弦杆承受比两边弦杆较大的拉力。2.综合分析设计　　在理论分析了各类桥梁的承重能力以后，笔者让学生们将材料限制、连接方式和制作工艺等因素加入进来，综合考虑应该制作什么形状的桥梁。经过讨论，大家得出以下的几个注意点:　　1.如选择梁桥，必须要将多跟木条按照一定的截面形状粘贴在一起，　　截面的形状必须认真考虑。同时要注意单根

7、木条的长度(15cm)达　　不到跨度30cm的要求，所以梁之间必然有节点，如何选择节点的位　　置，以及采用何种工艺保证梁中间部位足够坚固需要思考。　　2.提供的木条易折断，无法弯曲成拱形使用，拱形只能通过木条“搭　　建”起来，这无疑提高了制作的难度，需要仔细设计。　　3.如制作斜拉桥，斜拉索需要使用木条制作。斜拉桥的特点决定了节　　点部位是最薄弱的环节，与梁桥和拱桥不同的是，拉索和桥面、拉　　索和桥塔的连接点都不是实体结构，而是通过胶水相连，这对连接　　工艺是个挑战。此外还要注意桥塔的上部要承受一定的弯曲力，如　　3　　何设计制作桥塔，以及如何

8、权衡塔体高度和弯曲力的关系，值得深　　思。　　4.桁架结构最能规避木条长度的限制，首先必须确定采用单桁还是多　　桁，即确定三角形的个数和杆的长度。桁架