拱桥
【活动目标】
- 1、认识生活中各种各样的桥梁。
- 2、了解拱桥的基本结构，搭建一座桥梁。
- 3、在搭建拱桥的过程中，培养发散性思维和动手能力。
【活动引入】
一、小桥的故事
一天，小白兔背着书包去上学。小白兔刚走上小桥，只听见 “喀嚓” 一声，小桥断了。小白兔连忙把脚缩了回来。
小白兔坐在地上哇地哭了起来，原来它在为小桥断掉的事情发愁。因为这可是上学的必经之路啊。
正在这时，一只小猴子看见了，问：“小白兔，你为什么哭啊？”
小白兔说：“这座小桥断了，我不能上学了！”
小猴子搔搔头说：“没关系，我来帮你想办法。”
说着，小猴子就飞快的跑进树林，不一会儿，扛了一根木头，往小河两头一搁，新的小桥就做成了。
小白兔向小猴子到了一声谢，就蹦蹦跳跳地上学去了。
本节课将深入了解拱桥的起源和中国著名的古桥，以及拱桥的强度与弱点。让我们一起来学习吧！
二、拱桥的起源
拱桥的起源可以追溯到公元前 2000 年左右的古代美索不达米亚，当时人们使用石材和木材建造了简单的拱形结构。但是真正意义上的拱桥出现在古罗马时期，当时罗马人使用混凝土技术建造了许多大型拱桥，如著名的波旁拱桥和庞贝拱桥等。
在中世纪欧洲，拱桥得到了进一步发展和改进，成为城市和乡村交通的重要枢纽。在中国，拱桥的历史也非常悠久，早在唐代就已经开始建造各种形式的拱桥，如洛阳桥（下图所示）、赵州桥等。
拱桥具有很高的结构稳定性和承载能力，它可以将桥墩之间的荷载传递到地面，从而分散压力，使桥梁更加安全和牢固。同时，拱桥还可以创造美观的景观效果，成为城市和乡村的标志性建筑。至今，拱桥仍然是各国建筑文化遗产的重要组成部分。
拱桥是由石材、砖块等建筑材料构成的拱形结构所构造而成，具有重要的历史价值和建筑意义。
罗马帝国时期，为了方便贸易和交通运输，人们开始修建大量的道路和桥梁。在此期间，罗马人将石制拱门技术引进桥梁建设中，形成了最早的石拱桥。这种桥梁可承受较大的荷载，建造简单耐用，很快被广泛采用。
随着拱桥技术的不断发展，欧洲各国陆续修建了许多具有代表性的拱桥，如英国伦敦塔桥（下图所示）、法国阿维尼翁桥等，这些桥梁不仅缩短了两岸距离，还成为当地的地标建筑和旅游景点。
总之，拱桥作为一种重要的建筑形式，自古以来就存在，并得到了不断的发展和完善。它不仅卓有建筑技术之美，也为人们出行和经济发展提供了便利。
三、中国著名的古桥
河北省赵县的洨河上，有一座世界文明的石拱桥，叫安济桥，又叫赵州桥。它是隋朝的石匠李春涉及和参加建造的，到现在己经有一千四百年了。
赵州桥非常很雄伟。桥长五十多米，有九米多宽，中间行车马，两旁走人。这么长的桥，全部用石头砌成，下面没有桥礅，只有一个拱形的大桥洞，横跨在三十七米多宽的河面上。大桥洞顶上的左右两边，还各有两个拱形的小桥洞。平时，河水从大桥洞流过，发大水的时候，河水还可以从四个小桥洞溜过。这种设计，在建桥史上是创举一个，既减轻了流水对桥身的冲击力，使桥不容易被大水冲毁，又减轻了桥身的重量，节省了石料.
这座桥不但坚固，所以美观。桥面两侧有石栏，栏板上雕刻着糊里糊涂的图案：有的刻着两条相互缠绕的龙，嘴里吐出美丽的水花；有的刻着两条飞龙，前爪相互抵着着，各自回首遥望；还有的刻着双龙戏珠。所有的龙似乎都在游动，真像活了一样。
赵州桥表现了劳动人民的聪明才智，是我国宝贵的历史遗产。
四、拱桥的强度与弱点
拱桥是一种能够通过弧形结构来传递荷载的桥梁，它具有以下强点：
- 极高的承载力：拱桥的主要承载结构为弧形拱体，在承受荷载时能够将荷载自行分散并稳定地传递到桥墩上，从而大大提高了桥梁的承载能力。
- 能够适应较长的跨度：拱桥的弧形结构使得其能够适应较长的跨度，极大地减少了桥墩和支撑点的数量，从而减少了建设成本和基础工程量。
- 抗震性能好：拱桥不仅能够承受静态荷载，而且在遭受地震等外界动荷载时，由于拱体的特殊结构，能够将荷载通过曲线路径分散到两侧地基上，从而具有很好的抗震能力。
但是，拱桥也存在一些弱点：
- 建造复杂：拱桥的设计和建造需要考虑许多因素，包括荷载、弧度、曲率、斜度等，而这些因素相互制约，使得其建造过程更加复杂。
- 对地基要求高：拱桥的弧形结构需要依靠地基来支撑，因此其对地基的要求相对较高，需要在建造前进行严格的勘测和处理。
- 跨度受限：由于拱桥的结构特点，其跨度有一定的限制，当跨度较大时，需要采用特殊的设计和施工技术。
走在珠海的香炉湾，站在香港的赤鱲角，登上澳门的制高点，都能看到这样一座桥，它如一缕绸带，将茫茫大海划成两半，而后蜿蜒伸向远方，成就建筑史上里程最长、投资最多、施工难度最大的奇迹，它就是港珠澳大桥。想知道它的怎么建造的吗？让我们来一起搭建一座拱桥吧！
【活动准备】
乐高积木9686套装
本次所用零件：
| 梁 | 底片 | 销 |
|---|---|---|
| 1*2蓝色镶嵌梁【2】 | 2*8蓝色底片【12】 | 黑色摩擦销【8】 |
| 1*4蓝色镶嵌梁【2】 | 灰色光滑销【8】 | |
| 1*6蓝色镶嵌梁【10】 | ||
| 1*8蓝色镶嵌梁【10】 | ||
| 1*12蓝色镶嵌梁【2】 | ||
| 1*5白色的梁【8】 |
【活动过程】
步骤图
拱桥通常由桥墩、桥面和护栏组成，我们也按照这样的组成来制作拱桥。
- 制作拱桥的桥墩。
- 制作桥面和护栏 。
- 完成后，就可以组合成拱桥了。
第一步
将材料拼成一个大小足够大的桥墩。
使用的材料有：1* 6蓝色镶嵌梁8个、1* 8蓝色镶嵌梁6个、1* 12蓝色镶嵌梁2个、1* 4蓝色镶嵌梁2个、2* 8蓝色底片10个。
注意：两边桥墩要对称，能够支撑桥底。
第二步
将材料拼成一个桥面。
使用的材料有：1* 2蓝色镶嵌梁2个、1* 6蓝色镶嵌梁2个、2* 8蓝色底片2个。
第三步
将材料拼成4个大小相同的护栏。
使用的材料有：1* 8蓝色镶嵌梁4个、1* 5白色的梁8个、黑色摩擦销8个、灰色光滑销8个。
第四步
将桥墩、桥面和护栏组合成拱桥，组合好后我们的拱桥就完成啦！
【问题思考】
一. 提出问题
1、拱桥由什么结构组成？
2、为什么把桥做成拱型结构？
二. 问题回答
1、由上部结构：桥面；下部结构：桥墩、桥底两大部分组成。
2、桥做成拱形，将桥的受力都集中到桥的两端（桥墩），这样当桥上受力的时候，可以把力量传递到两端（桥墩）。
【科学知识】
拱形的好处
拱形结构在工程领域中有着广泛的应用，其主要好处包括以下几个方面：
- 承载能力强：拱形结构能够将上方的荷载向两侧传递，从而减小了桥面的受力，使得桥面能够承受更大的荷载。同时，拱形结构还能够将荷载传递到拱脚上，从而保持桥的稳定。因此，在承载能力方面，拱形结构比其他结构更为优越。
- 抗震能力强：由于拱形结构具有一定的柔性，能够在地震等自然灾害中发挥优异的抗震能力，从而保护建筑物和人员的安全。
- 美观度高：拱形结构具有流线型的造型，美观度高，因此在建筑设计中得到广泛的应用，如拱形桥、拱形建筑等。
- 节约材料：由于拱形结构可以将荷载向两侧传递，因此相对于其他结构，它需要更少的材料来支撑同样的荷载，从而达到节约材料的目的。
综上所述，拱形结构具有承载能力强、抗震能力强、美观度高以及节约材料等优点，在工程设计和建筑设计中得到广泛的应用。
拱桥的组成部分
拱桥的组成部分包括以下几个方面：
- 拱体：拱桥最主要的承载结构就是弧形的拱体，它能够将荷载自行分散并稳定地传递到桥墩上。拱体的形状和尺寸根据桥梁的跨度、荷载等因素进行设计。
- 支座：支座是拱桥的基础设施，用于支撑拱体，并将荷载传递到下面的地基上。支座的类型有固定式和可调式两种，可调式支座可以通过调节高低来平衡荷载。
- 桥墩：桥墩是拱桥承受荷载的重要组成部分，它负责将荷载从拱体传递到地基上。桥墩的数量和布置根据实际情况进行设计。
- 桥面板：桥面板是拱桥上行车的道路部分，其厚度、材质和结构也需要根据实际情况进行设计和选取。
- 挂篮：挂篮是在建造过程中用于悬挂工人和材料的工具，可以充分利用拱桥的曲线结构进行施工。
- 护栏：为了保证行人和车辆的安全，拱桥通常还会设置护栏，以防止人或车从桥面上掉落。
除此之外，拱桥还包括了护栏、排水系统等其他组成部分。
【举一反三】
1、如果要建在一个更宽的河流中，这个拱桥需要增加什么结构？
2、为什么桥基本上都是拱型？
