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工程

如何建造最坚固的冰棒棍桥

6 分钟 阅读

Avanza STEM 导师和学生站在一座承受高高一摞书的冰棒棍桥旁边
学生们在 Avanza STEM 工程工作坊中测试冰棒棍桥能承受多重。

桥梁比赛几乎从来不是靠棍子多或胶水多赢的。真正决定胜负的只有三件事:几何形状、力往哪里走,还有你的接头做得干不干净。

这篇聊的是一座桥为什么撑得住。如果你想要一步一步的搭建教程,直接去我们的详细项目页面

为什么三角形最强

推一下正方形,它立刻歪成平行四边形。推一下三角形,什么都不会发生,除非真的有东西弯了或断了。桁架全用三角形,原因就这么简单。

关键想法

给正方形加一根斜撑,你就造出了两个三角形。这一根棍子能让整个结构的承重能力翻好几倍。

理解载荷路径

  • 桥面把重量摊开,分给两侧桁架
  • 桁架再把这些力送到支撑点
  • 下弦杆被拉长,工程师叫它受拉
  • 上弦杆被压扁,这叫受压
  • 斜杆负责把力从桥的一段递到下一段

好设计只加固最吃力的那几个点,而不是到处糊棍子然后祈祷。

强桥和弱桥的五个差别

  1. 1

    接头做得一致

    胶水永远比木头先投降。接头要做干净,而且每一个都必须完全干透。

  2. 2

    两侧桁架一模一样

    有一侧做得糙一点,它就会多扛力,然后先垮。

  3. 3

    顶部横向支撑

    顶上的横杆能防止两侧墙板往外张开然后整个折过去。

  4. 4

    像样的桥面

    能把重量分给两侧桁架的桥面,永远赢过把全部载荷压在一个点上。

  5. 5

    交错三角形

    彼此重叠的三角形能给力一条通到支撑点的干净路径。

常见错误

  • 把整座桥泡在胶水里
  • 两侧一起做,而不是照着一个做好的模板复制两遍
  • 省掉横向支撑
  • 胶水没干透就上去测试
  • 不知道弱点在哪,就随便加棍子

强度重量比挑战

先称桥的重量。再用它撑住的重量除以桥自身的重量。这个数字才是你真正的工程分数。

在我们的工作坊里,学生的桥一般不到 50 克,却能扛住 5 到 15 磅才断。那是自身重量的 50 倍还多。

我们开始只在上次断裂的地方加棍子,而不是到处乱加。就是从那时起,我们的桥才真正变强了。

Avanza STEM 桥梁搭建工作坊一名学生
我们的桥梁工作坊按强度重量比打分,就这一条规则,会彻底改变学生从第一根棍子起的做法。