解读力学原理在桥梁施工中的应用

2020-02-18 686 上传者：管理员

摘要：在物理学这个知识宝库中，无论是生产化还是生活化都能找到最佳的解释。并且物理知识给生产与生活带来了诸多的便利，因此被广泛应用。力学原理在生产生活中最为广泛的应用就是建筑与桥梁施工。基于此，本文主要对力学原理在桥梁施工过程中的应用展开了分析和探讨，力求加强对物理知识的高效运用，利用力学原理为生产生活带来更多的便利。

关键词：
力学原理
桥梁施工
梁式桥
物理知识
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桥梁在日常生活中无处不在，方便了人们的出行，无论是在河谷、道路还是铁轨，最为重要的因素就是承重力，这一因素与物理的力学知识息息相关。本文就选择桥梁施工作为案例，分析力学原理在其中的应用，以此来切实理解力学原理在实际生活中的实用性与艺术性。

1、桥梁施工中的力学原理分析

(1) 压力

在进行桥梁建设的过程中，一些采用了水平结构，通过几个桥墩在支撑桥面，比如人行天桥与立交桥等。站在力学的角度分析，桥梁一方面需要承受自身的重量，另一方面也还要承受桥面行人与过往车辆的重量，也就是需要受到一个向下的压力。当桥梁的桥面受到一定的压力的时候，有可能导致桥面出现变形，部分位置收缩，从而造成桥梁下面部分拉伸。所以，在桥梁施工的过程中经常会使用混凝土以及钢梁来承受载荷，利用支撑析架来将桥的压力分散，利用增加桥墩与梁高的方式来保障梁桥能够承受更多压力。

(2) 向心力

在进行桥梁的建设过程中，一些所采用的是半圆形结构的桥梁，比如拱桥，在两端建设桥墩。站在力学的角度来分析，半圆形的机构能够顺利的将桥面、行人以及车辆的重量转移到桥墩中。这时候行人与车辆在桥上行使的时候就会做圆周运动，桥、行人以及车辆的重力与桥面的支撑力的合力就形成了这一运动的向心力，如果行人或者车辆的运动速度较大，就会导致行人与车辆处在失重的状态，以此来降低对桥面形成的压力，但是当速度加大的时候就会形成离心运动，产生危险。通常情况下，拱桥大多处于受压状态，主要的方式是通过拱桥当中的弧线来降低桥的下侧拉力，以此来保障其稳定作用。

(3) 拉力

在进行桥梁建设的过程中，一些基本采取了吊桥的结构形式，将桥面悬挂起来，所使用的工具有绳索与链条，这样可以有效的跨越河流。站在力学的角度分析，吊桥需要受到桥自身与行人重量形成的一个拉力，通常支撑吊桥的绳索都会系在两个锚点之间，主要形成吊桥的拉力。所以，在设计的时候通常会在桥的两端设计固定的缆索来帮助吊桥承担压力，以此来提升力学的性能。行人在吊桥行走的时候，所形成的压力也会随着缆索转移到桥塔，然后分散到地面。除此之外，在桥面底下也设置了析架结构支撑，一方面分散了桥的压力，另一方面也稳定了桥面，减少了桥面存在的摇晃问题。

2、不同结构的桥梁力学特点

(1) 梁式桥

梁式桥是最为简单的一种桥梁结构，其承重结构是梁或者是桁架梁，这种桥的结构较为简单，且材料要求不高，很容易获得，适应能力强，应用寿命长，也与现代的审美观相契合。但是存在的不足在于自身重量过大，长度较短，不适合在跨度较大的场所中使用。这种桥在施工的过程中应当注意桥面材料的热胀冷缩特征，根据构建材料的力学特征，留出一部分合理的间隙或者利用不同膨胀系数的材料进行混合使用，以此达成实用性与美观性的结合。梁式桥的桥板一般采取的是钢筋与混凝土制成的，混凝土的坚固度较高，但是缺乏弹性，钢筋拉伸效果好。当重物放置在桥面时，桥墩内侧桥板的表面压力较大，下表面基本是拉力较强，因此在施工中可以采取方式让加固钢筋所承受的都是压力，这样可以有效的保障桥面的安全性与耐久性。

图1 梁式桥结构

图2 梁式桥受力情况

(2) 拱式桥

拱式桥的承载力要高于梁式桥，最具代表性的拱式桥就是赵州桥。这是因为其结构可以利用拱圈或者拱肋，将竖直方向的压力转化成为水平方向的推动力，可以有效的促使桥面承受的重力与压力在共圈内的弯矩作用实现平衡。拱式桥优势在于跨度大、耐久、易维护，外型美观等；缺点在于对地基的要求较高，需要综合分析各孔之间的力学关系，使得造价也较高。以赵州桥为例的拱式桥在进行施工的时候，整个桥体都是由条石建设而成，抗压能力较强，同时由于取材方便而减少了材料成本，历经千年的风雨飘摇仍屹立不倒。

图3 拱式桥

(3) 悬索桥

悬索桥的承重构件主要包含钢索或者是链条。主要构成部件包含主索、索塔、锚碇、吊索或者吊杆以及桥面等。其中，主索的作用是压力的主要承担着，有钢材构成，抗拉强度大。优势在于跨度最大，高度较高，允许船在下方通过，适用于地震区；不足在于刚度较小，载荷能力较低，容易发生变形，塔基地基范围较大且造价较高。

图4 悬索桥上部结构

3、结语

力学原理在桥梁施工建设之中的应用较为广泛，在一些细节位置也突出了力学的知识，力学原理与桥梁工程建设的巧妙结合，使得桥梁工程可以更加规范与安全，提升施工质量与水平。面对新时期对工程质量的要求，也为了促使桥梁设计可以向着更好的方向发展，需要提高对力学原理的重视，相关工作人员也应当投入更高的热情，增加知识与实践的融合程度，不断提升工程建设的质量与水平。

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