第四章_木结构桥梁制作-桥梁欣赏与模型制作
第四章 木结构桥梁制作
细细竹签细细编，世间乾坤尽展现。用细木条作为材料制作模型简
单方便而实用。木结构模型的制作是有趣而有用的，相信通过前面的桥
梁欣赏和力学结构分析，同学们肯定很有兴致，想亲手去尝试模型的制作了，接下来就让我们一起来学习桥模制作吧！
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桥梁欣赏与模型制作
第一节 材料与设计
一、主要材料
木条，规格２畅５ｍｍ×２畅５ｍｍ×５５０ｍｍ，１２根（由桥协提供）。其他材料由自己准备，有直尺、美工刀、５０２胶水、夹子、坐标纸等（图４‐１）。
图４‐１ 主要材料
二、图纸设计
１．桥体的受力分析———绘制设计图纸的前提
桥的立体效果图可视为四棱台（如图４‐２），桥的组成：正面，梯形ＤＣＧＨ，背面，梯形ＡＢＦＥ；顶部，四方形ＡＢＣＤ，底部，四边形ＥＦＧＨ；左侧面，长方形ＡＤＨＥ，右侧面，长方形ＢＣＧＦ。桥身质量：不得超过２２ｇ。
承重台规格：８０ｍｍ×８０ｍｍ白色正方形，正中心处镂空。测试间距：桌与桌之间４００ｍｍ。
根据正面横截面又称之为梯形桥。比赛时采用悬空承重测试，白色放置台承受的压重力会沿着四棱台的四条棱ＡＥ、ＤＨ、ＢＦ、ＣＧ将重力分解为向外的力ｆ１、ｆ２、ｆ３、ｆ４和垂直向下的力ｆ５。由此，可设计合理的图纸。
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图４‐２ 桥的立体效果
２．合理化设计原理———制作承重桥梁的前提
（１）重力是否合理传导到桌子上？
正因为悬空测量，顶部的压力往往会向下传递到梯形底部的四个顶点Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈ，所以四个底角的顶点必须牢固。常见的设计如图４‐３、图４‐４所示。
图４‐３ 三条平行线正面底角
图４‐４ 斜三角形汇聚一点底角
分析：图４‐３中梯形的底角采用正面三条平衡线，与梯形下底交叉为Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３彼此独立分开存在，并没有汇聚一点Ｈ，能平行传递，但缺少三角形稳定性。图４‐４中梯形的底角采用斜三角形，Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３慢慢向底角的顶点Ｈ集中，最后交汇在顶点Ｈ处，这样设计具有三角形稳定性特点。实验证明，正面底角点采用斜三角汇聚一点更有利于力的合理
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传递。
（２）梯形底角的角度是否合理？
合理的桥正面应设计为等腰梯形，而且下底ＥＦ、ＧＨ的长度不能少于４００ｍｍ；上底ＡＢ、ＣＤ的长度接近８０ｍｍ。当底角大于４５°时，桥的高度势必较高，材料消耗将会增多，将导致无法使用更多材料来加固，这样不利于“质量轻而承重大”的好成绩。相反，当底角小于４５°时，虽然高度会降低，材料消耗会减少，但这样却不利于承受更大的重量。实验证明，底角４５°的桥设计角度较为合理，更有利于力的分解、传递。
（３）四棱台的设计是否对称平衡？
要使桥梁承受最大重量，必须注意桥梁的对称、平衡，即每个面都有与之相对应的面，要注意它们之间的平衡性和对称性。如上底与下底要平行，正面与背面、左侧面与右侧面要尽可能吻合。即设计时只要设计一个正面、侧面图纸就应制作一模一样的背面、另一侧面。为此，木条长度、角度、数量使用等都追求等同，可考虑一起切割，尽可能减少误差，从而保证桥的对称与平衡！否则造成不对称在所难免，最终因受力不平衡而败北。
３．优秀设计图个案
———制作承重桥梁的关键
图４‐５ 梯形主框架
第一步：设计四棱台主框架的比例。
实验中我们得出：上底正方形８０ｍｍ×
８０ｍｍ，下底长方形４２０ｍｍ×８０ｍｍ，正面
梯形底角均为４５°。第二步：设计各面合
理性加固的方案。在四棱台各个面（正
面、侧面、顶部、底部）分别加固木条。图４‐６、图４‐７是桥正面设计的两种方案。２０１０年台州市路桥区航模比赛便是图４‐７成就了“１２０多斤”
木结构桥梁静压承重冠军。
图４‐６ 斜拉边各一条 图４‐７ 斜拉边各二条
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第四章 木结构桥梁制作
【思考与讨论】 为什么图４‐７能够成就静压承重冠军？试从力学结
构进行分析。
第二节 桥梁模型制作过程
步骤一：设计桥梁
根据套材提供的木条数量来设计桥梁，如图４‐８所示。
图４‐８ 桥梁设计
步骤二：量取尺寸，裁切木条
在制作前，制作者需要对结构有一个整体的构思，并对各个段木条的
长度做好精密的计算，为现场制作打好基础，如图４‐９所示。
制作者根据桥梁设计图，裁切出相应的木条，如图４‐１０、图４‐１１所示。
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图４‐９ 量取尺寸
图４‐１０ 竖直切木条图
图４‐１１ 按图裁切木条
裁切相应的木条时，尺寸量取之后，可用铅笔做标记，然后平整切下。切木条看上去很简单，但有些同学所切的木条切口歪七扭八，十分粗糙，最后与其他部位粘合时，耗费胶水比较多，并且仍然很不牢固。正确的操作是（如图４‐１０所示），工具刀竖直向下，用力一刀切下木条，所切的端口光滑平整，且与粘合面能成良好接触，一般是垂直于木条。切口也不能像锯一样留下锯齿状。假如女生力气不够，无法切下，建议更换大号的工具刀，选择锋利的刀锋，或请男同学帮助。
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第四章 木结构桥梁制作步骤三：根据设计图画工作图
根据自己的桥梁设计图，绘画出桥梁工作图，以方便制作，如图４‐１２
所示。
图４‐１２ 桥梁设计
步骤四：立柱底梁顶梁粘接
模型立柱底梁顶梁粘接如图４‐１３所示。
图４‐１３ 立柱底梁顶梁粘接
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（１）用直尺和笔在底梁（顶梁）上标出粘接位置。
（２）立柱粘接底梁（顶梁）时，用直角尺定位，使之形成９０°夹角，并用胶水粘合。
（３）将所需直角粘合好，保证其准确、方正、到位。
步骤五：斜撑杆粘接
在制作过程中，用胶水时需要自己把握添加的量和方法。制作者将两根木条做粘合时，将木条一端粘好，另一端适度向下倾斜，这样可节省时间，涂料均匀，以防将胶水涂到手上，如图４‐１４所示。
图４‐１４ 粘胶水
模型斜撑杆粘接如图４‐１５所示。
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图４‐１５ 斜撑杆粘接
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（１）将斜撑梁与桥侧面进行比较，切除多余部分后将边角切成４５°粘
接到桥侧面；斜撑梁切割时要稍长于实际长度，使它能紧密地卡入模型，提高模型粘接强度。
（２）将另一根斜撑梁对切两半后，进行第一步骤，对模型进行加强。
（３）将所有斜撑梁粘接完成。
步骤六：固定和叠加
制作者在制作时，对用５０２胶水的地方一定要迅速用夹子夹上，如图
４‐１６所示。凝固过程需要４分钟左右，这个制作与当天天气情况相关。
图４‐１６ 夹子固定
在对弯曲木条叠加使用时，制作者应对准，不然会较大减少受力。制
作者需要灵活使用木条，可以二到三根并排，三根品字形，四根田字形等。
注意：在对木条使用的过程中，要合理地考虑用法用量，这样才能在
产生相同受力作用的同时减轻自重。如图４‐１７所示，木条的受拉效果很好，但需要三根才能合理地结合，制作者将需要的地方补上相同宽度，这
样既达到了目的也减轻了自重。
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图４‐１７ 叠加使用
步骤七：完成两个桥侧面
根据桥梁设计图，将桥左右两边的桥侧面全部完成，如图４‐１８所示。
图４‐１８ 制作桥侧面
步骤八：横梁的粘接
将横梁与各连接点粘合，使两边桥侧面连接，成为一座完整的桥，如图４‐１９所示。
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图４‐１９ 横梁的粘接
步骤九：抗扭杆加固
利用剩余的木条制作一些抗扭杆等部件，将其填补到模型较容易折
断的部分，进行加固，如图４‐２０所示。
图４‐２０ 抗扭杆加固
在制作时，时间是有限制的，在考虑时间的合理分配时有一些小技巧。如：多准备一点夹子，就不需要等夹子使用。在结构需要较大受力处
可以用小刀割一条小口，将对应部分嵌入其中。在结构需要的情况下，可
以将受力大的地方加一块，增加受力面。在削薄了的部分可以考虑在后
面加上一块，以防断裂，如图４‐２１所示。
同学们，通过以上９个步骤，我们完成了梯形桥，如图４‐２２所示。
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图４‐２１ 部分嵌入并夹牢
图４‐２２ 梯形桥
第三节 制作过程注意事项
在断裂点分析中发现，一个小小失误可能成为承重的薄弱之处、变形断裂之处。因此，在制作过程中我们要注意以下事项。
一、木条精挑细选———关键之举
木条精挑细选，要从“有无虫蛀、有无霉变、有无弯曲、有无扭曲”等方面去酌情考虑。有上述任何一点劣质的木条，坚决不能使用在主框架的６０１
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连接线上，或者侧面的加固条上，如图４‐２３、图４‐２４所示。如果一定要用，也只能截取其中几段部分好的木条用来加固，尽可能减少不必要的失败因素。因此比赛前要多带一些材料，以便挑选。
图４‐２３ 霉木条在主框架上
图４‐２４ 霉木条在加固条上
挑选好木条，根据设计图纸剪裁后，我们发现剪裁处可能存在不够光滑、与原设计角度不相吻合等细节问题。此时就有必要使用砂纸或锉刀来打磨，使之更光滑，更符合设计角度，这样便于木条衔接处的充分吻合。也唯有此，制作的桥梁才更坚固。
二、制法慎重选择———重中之重
打磨好的木条后开始粘贴制作，可是我们在实验过程中发现有三种截然不同的制作方向，如图４‐２５至图４‐２７所示。
图４‐２５ 平铺制作图４‐２６ 竖向制作图４‐２７ 悬空制作不难发现，三种制作方法迥然不同：平铺在纸上的制作能够减少误差，操作性强，增加平衡性等；而竖向制作则存在很难控制制作面的平整度、难操作等问题；悬空制作则更难达到制作的精细度，即便再合理的设
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计也难过制作这一关。
三、固定恰到好处———如虎添翼
根据图纸来剪裁木条，我们发现木条很容易移位而与设计图存在着误差，反而使原本平衡、对称的桥出现不对称、不平衡。于是，我们采用工字钉来固定，还有同学用长尾巴夹来固定，如图４‐２８、图４‐２９所示。
图４‐２８ 正确使用工字钉
图４‐２９ 错误使用长尾巴夹
使用工字钉，轻轻夹在木条的两边，使木条位置减少偏差；使用长尾巴夹，则可能因为用力过猛，导致木条变形，效果适得其反。实验证明，恰到好处的固定，才能使制作如虎添翼。
【思考与讨论】 在不违反比赛规则的前提下，创造性地使用一些东西则可能成为出奇制胜的法宝，想想有什么可以突破的地方？
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