纸桥的结构和强度分析

纸桥的设计与制作方法
摘要：介绍桥的类型，根据桥型设计图，采用小组合作方式进行纸桥的制作，对纸桥设计的背景目标及试
验方法进行论述，并对纸桥的形状与强度进行探究，选择圆柱型纸杆为主方案进行桥梁的实际操作，虽承
重能力有限且有些许漏洞，但在制作过程中提高自己的创作模型技能及集体合作能力。

关键词：纸桥的设计 桥梁 承重 圆柱型
引言：大家对桥并不陌生，从小就接触着课本中的隋代李春设计的拱形赵州桥，建于明清时
期的泸定铁索桥，近现在的武汉长江大桥，上海的杨浦大桥……在生活中我们穿越过无数个
形状各异的桥，那么，你有没有细心观察或研究过你所走过的桥呢？近期在老师的布置下，
我们致力于设计并制作模型纸桥，下面就来介绍一下我小组的制作成果。
一、
桥的简介

中国古代桥梁的辉煌成就举世瞩目，曾在东西方桥梁发展史中，占有崇高的地位，为
世人所公认。但我国古代的桥，形式种类繁多发展演变过程漫长，近代以来由于高科技的勃
然兴起，桥梁逐渐成为一门专业学科，其技术进步更是突飞猛进，形式更为复杂多样。然而，
近代桥梁无论如何发展，追根溯源，均未超过古人所创造的梁桥、浮桥、拱桥和索桥这几大
类。
梁式桥：以受弯为主的主梁作为主要承重构件的桥梁。主梁可以是实腹梁或者是空腹
梁。实腹梁外形简单，广泛用于中小型跨径桥梁，空腹梁的各杆件基本只承受轴向力，可以
以较好的利用杆件材料强度，多用于较大跨径桥梁。
拱式桥：指的是在竖直平面内以拱作为上部结构主要承重构件的桥梁。拱桥是向上凸
起的曲面，其最大的主应力沿拱桥曲面作用，沿拱桥垂直方向的最小主应力为零。
悬索桥：指的是以通过索塔悬挂并锚固于两岸的缆索作为上部结构主要承重构件的桥
梁。其缆索几何形状有力的平衡条件决定，一般接近抛物线。
钢构桥：钢构桥的主要承重结构是梁或板和立柱或竖墙整体在一起的钢架结构。是指
桥跨结构与桥墩式桥台连为一体的桥。钢构桥根据外形可分为门型钢沟桥，斜腿钢构和箱型
桥。
斜拉桥：是将主梁用许多拉索直接拉在桥塔上的一种桥梁，是由承压的塔，受拉的索
和承弯的梁体组合起来道德一种结构体系。其可看做是拉索代替支墩的多跨弹性支撑连续
梁。斜拉桥由索塔、主梁、斜拉索组成。
我国自新中国以来，桥梁建设取得了突飞猛进的发展，从大桥主跨度上看，武汉长江
大桥主跨为128米，武汉天性洲长江大桥主跨达到504米，比2000年修建的世界最大公铁
两用桥丹麦厄勒海峡大桥主跨还长14米。从荷载和时速上看，武汉天兴洲长江大桥荷载达
到了两万吨，而南京胜关长江大桥设计时速达到了三百公里成为世界上设计运行速度最高的
铁路桥梁。目前，世界上已经出现草桥，塑料桥，玻璃桥，充气桥，智能结构桥等。随着世
界经济的发展，桥梁事业也会迎来广阔的发展空间，可见老师让我们动手实际操作之座桥梁
的过程是很有意义的。只有不断改进不断探求新的技术，技术理念，桥梁工程才会更加辉煌。
二、 纸桥的设计背景： 压力压强和相关的受力关系
三、纸桥的设计目标：
通过纸桥实验增加自己有关力学方面的知识技能，培养实际动手能力，学会简单的技术设计，
团队协作意识及创新思维的培养。
四、试验方法：
1、活动准备：活动方案设计、收集资料、课前实验、研究、制作、教学用具、材料、设备
准备。
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，有助于培养自
己的科技意识、科学方法和科学的探索精神。
活动内容的选择符合自己现有的知识结构和认知水平，注重培养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：
① 收集和查阅有关桥梁设计造型方面的资料和图片，将收集好的资料进行分类整合。
② 以小组为单位，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”记录相关数据。
③ 所准备的器材：白纸、剪刀、双面胶、胶带、尺子
④ 小组协作完成纸桥制作，培养团结合作的团队精神。展示各自作品，并书写相关的理论
分析论文，成功出色地完成布置任务。
3、 制作过程：
① 首先，利用纸张折出各种形状，比较那种形状可承受重力最大，经过考虑，我小组选择
将纸折成筒状侧面为圆形，并对纸的张数的相应承重能力做了相应记录。
记录如下：

实验结论：底面积相同，纸张材质相同的小桥，放置同样的重物，小桥厚度越大，压强越小。
②我小组选择桥墩为三张纸折成圆筒形，桥墩长为22厘米，直径为3厘米，桥面长为80
厘米，宽为21厘米，其中，为增强承重能力我小组决定桥面由直径为一厘米的细长纸筒构
成，一共折成27跟圆柱型纸杆，我们用较细的圆柱型纸杆联系中间部分。最后将其并排粘
起来，为了美观，我们决定在其上面粘贴一张纸。为增加桥墩的稳定性，我们又在外围进行
了一圈的加固，一共用了六十张纸。

③最后，用双面胶及胶带等将纸桥做最后的定型，准备在课堂上展现我小组成果。
五、结果与讨论：
我小组所造之桥以线条简单为主要特点，整个设计以圆柱型纸杆为主，进行粘贴制作的纸桥
虽没有其他组的成果专业水平高但我们仍认真完成了。由于所学专业限制，我小组所制作桥
梁只能简单承受重量，承重量较小，考虑的因素不够全面，对力学及压强的分析不够透彻，
我小组选用的圆柱形纸杆可以承受一定的拉力和压力，作为受弯结构的梁，梁的抗弯强度很
大程度上取决于梁高，圆柱直径越大，抗弯强度越大。但我小组所作纸桥有一个明显缺点就
是缺少斜拉的索链，如果两侧分别增加斜拉，那么所承重效果会更好。因缺少专业知识，不
能很好地将力学知识运用其中，深感惭愧，如有机会一定要好好学习有关力学方面的知识及
技巧，更好的将其运用到实际操作中。最后我小组决定，将桥面上进行斜拉加固，桥墩之间
用三角形原理进行加固，是桥面更加稳固。以后有机会的话再把自己不足的地方进行改进，
更好的制造出一个承重力较大的纸桥。

六、结论
经实验及制作纸桥可得，简单的梁式桥虽制作方法简单但承重能力并不是最好的，需要在桥
面上加入斜拉链以分散桥面所受压力，但我小组采用的圆柱型纸杆所承受压力还是比较好
的，只是应该把桥面上的圆柱型纸杆在缩短点，我们组使用的纸杆有些过长，还有桥墩应该
采用实心的，更结实些。这次实验收获很大，对我们不太了解的专业有了些许了解并积极进
行了动手制作，进一步了解了力与压强的关系，我小组认为斜拉桥的承重能力较好，并在原
有基础上进行了相应改造，加入斜拉构成三角形起到固定作用，使得桥的承重能力更好。

桥面平面图
五、本次设计纸桥的意义：
1、通过纸桥的设计与制作在探索中理解，材料的强度与它的几何形状有关。
2、提高自己的动手实践能力及团体合作意识。
3、通过对桥的设计，提高自己出创作模型的技能及技巧，学习科技制作、理解桥的主要结
构的作用。
4、在纸的多种承重实验研究、纸桥设计等过程中要学会独立思考。
5、在制作过程中，既学习了简单的技术设计又培养了勇于创新的精神。

参考文献：邵旭东主编 桥梁工程（第二版）武汉理工大学出版社 2005年