高中物理研究性学习 桥梁

高中物理研究性学习——桥梁

陈斯桐

摘要：本文对桥梁的一些基本知识作了介绍，如桥梁的分类、各类桥梁的特点，并针对我们所做的模型桥梁——斜拉桥，对其作了介绍。

关键词：桥梁分类特点斜拉桥

桥梁，指的是为道路跨越天然或人工障碍物而修建的建筑物。桥梁一般讲由五大部件和五小部件组成。

五大部件是指桥梁承受汽车或其他车辆运输荷载的桥跨上部结构与下部结构，是桥梁结构安全的保证。包括：桥跨结构（或称桥孔结构、上部结构）、支座系统、桥墩、桥台、墩台基础。

五小部件是指直接与桥梁服务功能有关的部件，过去称为桥面构造。包括：桥面铺装、防排水系统、栏杆、伸缩缝、灯光照明。

一、桥梁的分类。

按用途分为公路桥、公铁两用桥、人行桥、机耕桥、过水桥等。

按跨径大小和多跨总长分为小桥、中桥、大桥、特大桥。

按结构分为梁式桥、拱桥、钢架桥、缆索承重桥(斜拉桥和悬索桥)四中基本体系，此外还有组合体系桥按行车道位置分为上承式桥、中承式桥、下承式桥。

按使用年限可分为永久性桥、半永久性桥、临时桥。

按材料类型分为木桥、圬工桥、钢筋砼桥、预应力桥、钢桥。

二、各类桥梁的基本特点。

1、梁式桥：包括简支板梁桥、悬臂梁桥、连续梁桥。其中简支板梁桥跨越能力最小，一般一跨在8-20m。

2、拱桥：在竖向荷载作用下，两端支承处产生竖向反力和水平推力，正是水平推力大大减小了跨中弯矩，使跨越能力增大。理论推算，混凝土拱极限跨度在500m 左右，钢拱可达1200m。刚架桥。有T形刚架桥和连续刚构桥。T形刚架桥主要缺点是桥面伸缩缝较多，不利于高速行车；连续刚构主梁连续无缝，行车平顺。

3、缆索承重桥（斜拉桥和悬索桥）：道路或铁路桥面靠钢缆吊在半空，缆索悬挂在桥塔之间，是建造跨度非常大的桥梁最好的设计。

4、组合体系桥：有梁拱组合体系，如系杆拱、桁架拱、多跨拱梁结构等；梁刚架组合体系，如T形刚构桥等。

5、桁梁式桥：有坚固的横梁，横梁的每一端都有支撑。最早的桥梁就是根据这种构想建成的。

6、悬臂桥：桥身分成长而坚固的数段，类似桁梁式桥，不过每段都在中间而非两端支承。

7、拱桥：借拱形的桥身向桥两端的地面推压而承受主跨度的应力。

8、吊桥：是建造跨度非常大的桥梁最好的设计。道路或铁路桥面靠钢缆吊在半空，钢缆牢牢地悬挂在桥塔之间。

9、拉索桥：有系到桥柱的钢缆。钢缆支撑桥面的重量，并将重量转移到桥柱上，使桥柱承受巨大的压力。

三、斜拉桥。

1、概念：斜拉桥。又称斜张桥，是将主梁用许多拉索直接拉在桥塔上的一种桥梁，是由承压的塔，受拉的索和承弯的梁体组合起来的一种结构体系。其可看作是拉索代替支墩的多跨弹性支承连续梁。其可使梁体内弯矩减小，降低建筑高度，减轻了结构重量，节省了材料。

2、组成：索塔、主梁、斜拉索。

3、原理：桥承受的主要荷载并非它上面的汽车或者火车，而是其自重，主要是我们脚下的主梁。现在我们就分析这个：我们以一个索塔来分析。索塔两侧是对称的斜拉索，通过斜拉索将索塔主梁连接在一起。现在假设索塔两侧只有两根斜拉索，左右对称各一条，这两根斜拉索受到主梁的重力作用，对索塔产生两个对称的沿着斜拉索方向的拉力，根据受力分析，左边的力可以分解为水平向向左的一个力和竖直向下的一个力；同样的右边的力可以分解为水平向右的一个力和竖直向下的一个力；由于这两个力是对称的，所以水平向左和水平向右的两个力互相抵消了，最终主梁的重力成为对索塔的竖直向下的两个力，这样，力又传给索塔下面的桥墩了。

斜拉索数量再多，道理也是一样的。之所以要很多条，那是为了分散主梁给斜拉索的力而已。

4、特点：斜拉桥作为一种拉索体系，比梁式桥的跨越能力更大，是大跨度桥梁的最主要桥型。斜拉桥是由许多直接连接到塔上的钢缆吊起桥面，斜拉桥由索塔、主梁、斜拉索组成。索塔型式有A型、倒Y型、H型、独柱，材料有钢和混凝土的。斜拉索布置有单索面、平行双索面、斜索面等。

斜拉桥是将梁用若干根斜拉索拉在塔柱上的桥。它由梁、斜拉索和塔柱三部分组成。斜拉桥是一种自锚式体系，斜拉索的水平力由梁承受、梁除支承在墩台上外，还支承在由塔柱引出的斜拉索上。

四、总结。

通过这次学习和对桥梁的一些探究、模型的制作，增长了我们对对物理知识的兴趣和探究能力，也加强了我们对日常事物的认识。