橋梁力學(xué)百度(力學(xué)知識(shí)在橋梁中的運(yùn)用,給我個(gè)詳細(xì)的研究性學(xué)習(xí)或論文)

1.力學(xué)知識(shí)在橋梁中的運(yùn)用,給我個(gè)詳細(xì)的研究性學(xué)習(xí)或論文

現(xiàn)代橋梁通常分為梁式橋、拱式橋、斜拉橋及懸索橋四類(lèi)。

近年來(lái)，中學(xué)教材和教輔資料中出現(xiàn)了一些相關(guān)內(nèi)容和習(xí)題，從技術(shù)應(yīng)用的角度展示了物理學(xué)與社會(huì)生活的聯(lián)系，體現(xiàn)了物理與技術(shù)的結(jié)合，培養(yǎng)了學(xué)生觀察、探究身邊物理現(xiàn)象的興趣和能力。本文擇取幾例，加以解析與點(diǎn)評(píng)，僅供參考。

一、梁式橋 梁式橋是以受彎為主的主梁作為主要承重構(gòu)件的橋梁。 按主梁的靜力圖示，梁式橋又可分為簡(jiǎn)支梁橋、連續(xù)梁橋和伸臂梁橋三類(lèi)。

前兩類(lèi)梁橋從古到今，屢見(jiàn)不鮮。目前世界最大的鋼桁梁橋主跨已達(dá)549 m。

人們不太熟悉的伸臂梁橋，在山東科學(xué)技術(shù)出版社發(fā)行的《普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書(shū)物理I（必修）》第92面有圖文介紹，使人一目了然，筆者不再贅述（該課本為課標(biāo)諸多新教材之一，以下簡(jiǎn)稱為“山科本”）。 例l 不同勁度的材料各有用處。

混凝土堅(jiān)硬，但缺乏彈性，容易在拉伸時(shí)斷裂，而鋼筋耐拉伸，所以在混凝土預(yù)制橋梁橋板的承受張力的部位用鋼筋來(lái)加固。正確地放置鋼筋的位置，可以使橋梁更加牢固。

如圖1所示，橋梁加固鋼筋位置正確的是 （ ） 解析 當(dāng)物體壓在該橋梁上時(shí)，橋墩內(nèi)側(cè)橋板的上表面受的是壓力，下表面受的是拉力。橋墩外側(cè)橋板上表面受的是拉力，下表面受的是壓力。

為了使鋼筋受到的都是拉力，所以應(yīng)當(dāng)按圖1(a)所示的方式放置鋼筋。 點(diǎn)評(píng) 題的關(guān)鍵是體會(huì)橋梁各部分承受的是壓力還是拉力。

類(lèi)似問(wèn)題在山科本第68面也有圖文介紹。 二、拱式橋 拱式橋是以承受軸向壓力為主的拱（稱為主拱圈）作為主要承重構(gòu)件的橋梁。

我國(guó)古代能工巧匠建造出許多結(jié)構(gòu)精美的拱橋，如趙州橋等，堪稱早期拱形橋的經(jīng)典。山科本第87面有圖文介紹，并簡(jiǎn)述了力學(xué)原理。

目前世界最大的鋼拱橋?yàn)樯虾１R浦大橋，主跨為550 m。已建成的較大跨度的拱橋還有重慶萬(wàn)州長(zhǎng)江大橋（混凝土拱橋，主跨達(dá)420 m）及湖南鳳凰烏巢河石拱橋（主跨達(dá)120m）。

例2 輕軌“明珠線”的建成，緩解了徐家匯地區(qū)的交通擁擠狀況，請(qǐng)?jiān)趫D2中畫(huà)出拱形梁在A點(diǎn)的受力示意圖。這種拱形橋的優(yōu)點(diǎn)是 。

解析 根據(jù)力的分解原理，拱形梁在A處的受力方向應(yīng)為切向（如圖2所示中補(bǔ)畫(huà)的箭頭所示）。其優(yōu)點(diǎn)是：梁身所受的力通過(guò)切向傳遞，最終將受力傳遞給橋墩，同時(shí)形成較大的跨度空間。

點(diǎn)評(píng) 本題為上海2002年春季招生試題之一。在技術(shù)上，這種橋面在拱肋下方的拱形橋?qū)儆谙鲁惺焦皹颉?/p>

由于在拱腳處用一被稱為系桿的縱向水平拉桿將兩拱腳連接起來(lái)（圖2中未畫(huà)出，其作用是減小拱肋對(duì)橋墩的水平推力），故下承式拱橋又稱系桿拱橋。 三、斜拉橋 典型示意圖如圖3所示，它由主梁、斜拉緊主梁的鋼索以及支承鋼索的索塔等部分組成。

斜拉橋的鋼索拉成直線，與索塔、橋面（主梁）構(gòu)成穩(wěn)定的三角形結(jié)構(gòu)；與具有多個(gè)橋墩的連續(xù)梁橋?qū)φ?，一根（?duì)）斜拉索就是代替一個(gè)橋墩的（彈性）支點(diǎn)，故主梁同彈性支承上的連續(xù)梁性能相似，其剛度比懸索橋大，而主梁跨徑一般介于梁式橋與懸索橋之間。 目前世界上最大的斜拉橋主跨達(dá)890 m。

我國(guó)已位居世界前列的鋼結(jié)構(gòu)與混合結(jié)構(gòu)的斜拉橋有南京長(zhǎng)江二橋（主跨628m）、上海楊浦大橋（主跨602m）、上海徐浦大橋（主跨590m）；預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)斜拉橋有重慶長(zhǎng)江二橋（主跨444m ）、銅陵長(zhǎng)江二橋（主跨432m）、鄖陽(yáng)漢江橋（主跨414m）、武漢長(zhǎng)江二橋（主跨400m）。斜拉橋是近年來(lái)應(yīng)用最廣的橋梁。

例3 如圖4所示，重力為G的均勻吊橋處于水平位置時(shí)，三根平行鋼索與橋面均成 30°，點(diǎn)間距ab=bc=cd=dO，若每根鋼索受力相同，則每根鋼索受力大小為 （ ） 解析 若以0點(diǎn)為轉(zhuǎn)軸（設(shè)每根鋼索拉力均為F），由力矩平衡關(guān)系可有 解得F=2/3G，故選擇選項(xiàng)D。 點(diǎn)評(píng)：與圖3相對(duì)照，圖4相當(dāng)于斜拉橋索塔某一側(cè)的一部分。

實(shí)際的斜拉橋十分復(fù)雜，僅鋼索分布就有單面布索或雙面布索、密索或少索、平行狀或放射狀等多種形式，故設(shè)計(jì)時(shí)斜拉索的受力計(jì)算要在綜合諸多因素后由大型計(jì)算機(jī)處理，施工中索力的控制與調(diào)整也極為精密。本題僅為最簡(jiǎn)化的模型（本題為全國(guó)中學(xué)生力學(xué)競(jìng)賽試題）。

四、懸索橋 是以承受拉力的鋼索或鏈索（均稱為主索）作為主要承重構(gòu)件的橋梁。它由主索、索塔、錨碇、吊索（或吊桿）、橋面等部分組成，基本示意圖如圖5所示。

主索主要承受拉力，一般用抗拉強(qiáng)度高的鋼材制作，可以充分利用材料的強(qiáng)度，且具有用料省、自重輕等特點(diǎn)，因而在各類(lèi)橋梁中跨越能力最大（跨徑可達(dá)到1000 m以上）。懸索橋的主要缺點(diǎn)是剛度小。

例4 l999年lO月，我國(guó)第一座跨度超千米的特大懸索橋在江陰正式通車(chē)。該橋主跨為1385 m，橋全長(zhǎng)3071 m，橋下通航高度為50m，兩岸的橋塔高196 m。

橫跨長(zhǎng)江南北兩岸的兩根主纜繞過(guò)橋塔頂鞍座，由南北錨碇固定，整個(gè)橋面和主纜的4.8萬(wàn)噸重量都懸在這兩根主纜上。為計(jì)算方便起見(jiàn)，其整體結(jié)構(gòu)可簡(jiǎn)化為如圖6所示，每根主纜的張力約為（ ） A.2.4萬(wàn)噸 B.6萬(wàn)噸 C.12萬(wàn)噸 D.24萬(wàn)噸 解析 圖6中大橋受整個(gè)橋面和主纜的總重力以及四段鋼索的拉力，這些力的合力為零，大橋處于靜止的平衡狀態(tài)。

這些力可等效為平面共點(diǎn)力系，設(shè)其延長(zhǎng)線相交于O點(diǎn)，其受。