建筑物理学视角下的中国石拱桥教案

建筑物理学视角下的中国石拱桥教案
建筑物理学是一门研究建筑物在物理环境中力学、热学、声学等方面的性质、过程、效应和措施的一门科学，建筑物理学针对建筑物的不同要素提出了不同的控制措施以保证建筑物的可持续性和生态性，而中国石拱桥的建筑形式也是要应用建筑物理学的知识来进行控制和保护的。

本文将从建筑物理学的角度出发，探讨中国石拱桥的建造、结构、物理环境等方面的知识，并设计一份相应的教案。

一、中国石拱桥的历史背景
中国石拱桥的历史可以追溯到唐代，当时的石拱桥往往只是贯通河岸，而并不是连接两岸，而到了明清时期，石拱桥的技术和工艺才得以发展。

清代的石拱桥数量最多，全国各地都在建造，而其中最著名的便是四川省乐山市的吊脚石桥、江西省萍乡市的宝塔桥、湖南省武陵山区的茅坪十八梯等。

在中国石拱桥的建造过程中，早期受到的物理环境的限制很大，因此当时的建造工艺并不太发达。

由于江河水流湍急，很多崖壁险峻之间需要极度坚实的桥体作为架设物。

这时，石材逐渐被使用到到建筑物中来，因为石材容易抵挡洪水、冰水和泥石流等灾害，同时寿命也比木结构更长。

二、中国石拱桥的结构与力学特点
中国石拱桥的桥洞是半圆形或者拱形，弧线与水平面形成的角度被称为拱脚角，而拱的高度被称为拱顶高度。

在建造过程中，石拱底部的石墩决定了桥的宽度和桥孔高度。

拱脚处会产生很大的摩擦力，而且要承受桥面和路基的重压力，因此需要建造得非常坚固和稳定。

由于中国石拱桥的受力传递机制与西式石拱桥不同，所以其力学特点本质上也不同。

在西方式的石拱桥中，受力的集中区域位于拱峰附近，而中国石拱桥则较少出现集中受力问题，主要是因其石材较为厚实，能够均匀分散载荷，从而减轻单点受力对石拱的影响。

三、中国石拱桥的保护和修缮
由于长期的风吹日晒，以及雨水侵蚀，中国石拱桥的尺寸、颜色、荷载和安全性都会有所改变，为确保石拱能够保持原有的美丽和安全性，修缮和保护工作显得尤为重要。

可进行以下具体措施：
1、测量和监测：利用电池驱动的仪器监测桥体的结构变化，测量石拱桥的弯曲和变形，以便及时采取下一步行动。

2、保护和脱盐：应首先对桥面和拱身进行清洁和脱盐处理，以防锈蚀和浸泡，将二氧化碳和氧气隔离开来以延长石拱的使用寿命。

3、加固和改善设计：将拱体底部加固，增加拱脚和拱底的厚度来改善石拱的承载能力。

4、发现石拱的问题：需要定期巡查、检查，及早发现存在的问题，进行必要的修补。

四、教案设计
1、知识目标：了解中国石拱桥的来源、结构、科学、修缮保护措施。

2、能力目标：利用建筑物理学原理掌握中国石拱桥的设计、建造和保护技术。

3、教学过程：
（1）引入环节：举例介绍中国著名的石拱桥有哪些，介绍石拱桥的特点和优势。

（2）知识讲解环节：介绍中国石拱桥建造的历史、结构和力学特点以及面对的物理环境的挑战，讲解石拱桥的修缮和保护措施。

（3）活动环节：学生组织关于中国石拱桥建造、修缮、保护的小组，讨论石拱桥的科学技术，设计并制作模型。

（4）总结环节：学生对所学知识进行总结，通过 ppt、展示等方式展示出石拱桥的特点和优势，对教学收获进行总结。

四、总结
建筑物理学是建筑学领域的核心学科，在保证建筑可持续性与生态性的实践中发挥着非常重要的作用。

而中国石拱桥的设计、建造和保护需要遵循此学科的知识，保护这些具有雄伟历史和文化价值的石拱桥，本文针对中国石拱桥的建造、结构、物理环境等方面的知识进行了探讨，并设计教案，希望能帮助大家更好地了解中国石拱桥及相关知识。