纸桥的制作

纸桥的制作方法

杜瑞泽法学111 112224 摘要：桥是道路交通的重要组成部分，桥的建造的质量对道路交通有着重要的影响。我们小组同学利用模型的方法对桥的制作进行了探索和研究，以找到一种最坚固、最美观同时又能节约原料的桥的制作方法。我们用纸和胶水作为材料，进行了纸桥的制作，并进行了承重实验，并对实验结果进行了分析，最终得出了我们的结论。

关键词：纸桥、结构、承重能力、美观、模型

引言：改革开放以来，随着我国经济的快速发展，对道路交通的要求也不断提高。而桥梁建设是道路交通中必不可少的部分。在这一时期，我国的道路交通事业包括桥梁建设也在飞速发展，并对经济的发展起到的促进的反作用，同时，我国河流纵横，山脉丘陵地带分布广泛，城市人口和建筑稠密，良田需要保护，这种种因素都会促成我国对桥梁建设的巨大需求。为了适应时代需要，我们进行了以研究和创新桥的制作方法为目的的实验，用纸张做成桥的模型，以分析其强度和承重能力，最终找到最优的纸桥的制作方法。

1实验方法

1.1准备工作

我们根据资料和自己的观察研究和以及想象，设计了几张不同的纸桥的图纸。我们准备的材料有A4纸若干张、胶水；准备的工具有剪刀（对纸张、支架、桥面进行裁剪）、小刀（对剪刀不能完美裁剪的地方进行休整，使截面更加平整，保证支架与桥面之间、支架与底座之间、支架与支架之间的粘连的稳固）、尺子（对纸桥的各个部件进行精确测量）、天平（测量纸桥的重量、测量纸桥可以承受的物体的重量，从而测定纸桥的承重能力）。

1.2纸桥制作

纸桥的制作并不是一件简单的事情，很多细节要注意并小心操作，一旦不注意就会导致部分甚至全部的工作需要重做。我们根据桥的图纸，首先推算出这个纸桥需要21根纸管。我们将纸卷成纸管，并在纸管的卷成的部分涂上胶水，将纸管固定。但是，在这个最简单的环节也出现了问题。由于纸管是由我们三个小组成员分别完成的，所以大家卷成的纸管的粗细并不完全一致，有些甚至还存在着较大的差异。而如果用这些粗细不同的纸管来做桥的话就会产生严重的不良后果。纸管是我们做纸桥最基本、最重要的元件。桥面、支撑面（桥墩）、支撑管等均有纸管或主要由纸管制成。如果支撑管粗细不均的话，会使桥面和支撑面厚度不一致，同时也会影响桥面和支撑面的稳固性，导致纸桥的质量收到严重影响，不利于最后的实验结论的正确得出。考虑到这些因素，我们挑选出一部分粗细程度基本一致的纸管，并以此为样本，作出了其余的符合要求的纸管。

做完所有的纸管后，我们家下来进行的是桥面的制作工作。桥面由两层组成，其中第一层由七根纸管组成，第八根由八根纸管组成。每层的制作方法是，首先将纸管紧紧地并列排放，中间尽量不留空隙。然后将一张纸的中间宽度与纸管并列排放后的宽度一致的部位涂上胶水，再将纸管粘在上面。最后，把纸管的两侧的纸也涂上胶水，并将它们向纸管的一侧折叠，最后达到把这一排纸管固定地包在这张纸中的效果。两层都制作完成后，将七根纸管组成的那层桥面放在上面，

将八根纸管组成的桥面放在下面，最后将它们粘在一起，这样桥面就最终完成了。

下一步要做的是支撑面（桥墩），将七根纸管用制作桥面的办法粘在一起，然后用剪刀在中间部位把它剪开，形成两个长度完全一致的支撑面（桥墩）。然后用剪刀和小刀对支撑面的横截面进行修理，已使它们完全平整，以起到平稳的支撑作用。

接下来要做的是很具有难度和需要耐心的工作，我们要进行比较精确的计算和细致小心的手工操作。根据我们的设计图纸，支撑管和支撑面的角度大约为四十度左右。经过测量，支撑面的长度大约为11.5厘米，所以根据计算，支撑管的长度应为16.9厘米，支撑管底部到支撑面的距离为7.5厘米。然后，为了使支撑面、桥面和支撑管之间具有更强的粘合性和稳定性，我们专门制作了两根比较粗的纸管，其长度略微长过支撑面的宽度。然后我们将这两根纸管分别粘在两个支撑面的顶端。下一步是底座的制作。将一张纸纵向对折，然后横向对折后展开，留下中间的印记，并画出中间线。然后由纸的两侧分别向中间卷起纸管，至纸管与中间线相距大约7.6厘米（支撑管底部到支撑面的距离）时停下，并用胶水粘住。这样底座就做好了。当然也是一式两份，这样的底座需要建造两个完全一样的。接下来，就是将底座、支撑管、支撑面粘在一起的工作。每个支撑面需要与一个底座和四根支撑管粘在一起。支撑管的上端与支撑面的粘结处在支撑面顶端的纸管上，支撑管下端与底座的纸管和底座本身均有粘结。支撑面的每一侧都有两根平行的支撑管，支撑管的对面在同一平面内也有一根支撑管与之相对。

昨晚这一步后，纸桥的制造就接近了尾声。最后一步是，把桥的三个主要的部件，一个桥面和两个支架（即由支撑面、支撑管和底座组成的部分）粘在一起，完成整座纸桥的制作。在两个支撑面顶端的纸管上涂上足量的胶水，然后将两个支撑架平行地放置在桌面上，两者隔开大概8厘米的距离，然后将桥面平稳地放置在两个支撑架上，粘合好之后，这座桥就最后完成了。

这样，我们做好了自己的纸桥，下面是纸桥的数据：、

桥上，发现桥的状态良好，为出现变形。然后，我们逐渐增加书的数量，当增加到四本书的时候，纸桥开始严重变形，呈现出收到挤压的不良状态。我们将此时的书在天平上侧重，发现这些书的总质量约为1.5千克，所以得到这种纸桥的承受能力约为1.5千克的结果。

2结果与讨论

除了这种纸桥之外，我们组还利用数量相当的纸张造了一些其它类型的纸桥。上述的纸桥是利用三角形支撑来提供桥的承重能力的，那么相同情况相下其它的纸桥又具有怎样的承重能力呢？

据分析得出的结论，圆形的纸桥的承重能力大于三角形的纸桥的承重能力，三角形的纸桥的承重能力又大于正方形的纸桥的承重能力。

要分析纸桥的承重能力的问题，那么首先要弄清楚的问题就是纸桥能够承重的原理。其原理是利用之桥上的各种锥形、三角形、圆柱以及一些承重力好图形，来分散或间接抵消外来压力。物体的硬度或结构所能支撑的重量和本身的重量

原本就没有直接关系，重点是结构而不是本身重量。思考桥梁设计中不可欠缺的「拉力」与「压力」两要素，如何发挥纸张优良「拉力」长处，克服「压力」短处。静力平衡：一个系统想要到达静力平衡，必须符合移动平衡以及转动平衡两项原则，才能维持在稳定的平衡状态。平衡状态：物体的平衡状态总共分成稳定、不稳定与随机平衡三种，基本上重心的位置越低，平衡后的稳定度越高。

另外，我们还必须具备的基础知识是，压力是指垂直压在物体表面上的力，压强是物体单位面积受到的压力。固体的压强跟受力面积有关，截面积对压力有直接影响，截面积越大，压力越小，向上拱起的物体最能承受外来的压力，它的强度要比没有拱起时大。所以，拱形桥的结构是承重能力最强的一种桥。纸拱桥这种抵抗静态外力的本领，就叫静强度。双曲拱比单曲拱能承受更大的载荷，主要是因为双曲拱不仅在一个方向上呈拱形，而且在与其垂直的另一方向也呈拱形。自行车的挡泥板就是这种双曲拱形的。当它受力时，力使沿着两个拱的方向更均匀地传递；某一局部受力过大时，双曲拱能迅速自行调整平衡，使整个双拱曲不会因局部受力过大而损坏。这种桥的优点是造价低，载重负荷大，施工方便，节省材料。宏伟的南京长江大桥的公路引桥便是这种双曲拱桥。

3.结论

做了纸桥的制作与受力分析的实验，并对其结果进行分析与讨论后，我们对纸桥的原理和纸桥的结构以及它们对纸桥的承重能力的影响有了新的认识。在历史和现代，人类造出了数量众多的，形态各异的桥。在改革开放以来的当代中国，中国的桥梁建设更是有了质和量的双重的跨越式发展。而近现代新造出的桥也没有统一的规格，但大多数的宏伟大气的桥都发挥着实际的重要作用。可见，桥梁建设时采取何种结构，要考虑多重因素，既要考虑材料，跨度，承重能力的要求，也要考虑美观等各方面因素，因地制宜，才能造出卓越的桥。而我们用一学期进行的纸桥制作实验所得到的结论是，平面的桥如果采用三角形的支撑的话会获得较好的承重能力，但是在同等条件下拱形桥的承重能力还要超过三角形支撑的平面的桥的承重能力。桥的承重能力是与其结构有着重要的直接的联系的。

参考文献

【1】于月民，《材料力学》[M]，北京，中国电力出版社，1998年，158页。