关于桥梁结构应用论文
山西省晋中市平遥中学 高二8202班 王海贵 指导教师 任文明
摘要：环视我们的周围，大到摩天大楼、跨海桥梁，小至图钉、回形针等，他们都有结构。1999年1月4日连接四川省綦江县新旧城区的人行跨江大桥—彩虹桥坍塌，引起了人们对结构的重视。通过对不同的桥梁受力模拟实验，加深对物体受力分析的理解，学会在生活中更好地应用物理知识。
关键字：结构、梁桥、拱桥、吊桥
一、问题的背景
环视我们的周围，大到摩天大楼、跨海桥梁，小至图钉、回形针等，他们都有结构。结构普遍存在于自然界的物体中，也存在于人类创造的各种问题中。物体的结构需要能够抵御外力的作用，结构的稳定性和强度是必须考虑的重要因素。在图书、画报、电视里，我们经常看到各种各样的桥梁，如梁桥、拱桥、斜拉桥等.我们就会想知道为什么这些桥梁具有不同的形状，他们是怎样来保持结构的稳定的。 1999年1月4日连接四川省綦江县新旧城区的人行跨江大桥—彩虹桥坍塌。为什么这座刚刚建成不足3年的大桥会坍塌，这又使我们不得不重视结构的重要性。
注：1结构是指事物各个部分的有序搭配和排列。
2结构在荷载的作用下维持其原有的平衡的能力叫做结构的稳定性。
二、实验证明
桥梁按照重构件受力分析可分为梁桥、拱桥、吊桥等.
实验器材：木板4块（质量171.39克，10.00厘米×7.90厘米×
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3.90厘米）；钩码（每袋2个，每个20克）； 铁架台4个（天津市东市教学仪器厂）； 纸片若干；直尺（精确度0.01厘米）
注：由于实验中纸面变形，有时桥面高度小于10.00厘米）
《1》梁桥
⑴实验图片：
（每边有两袋钩码，各重80克） 次数 形变 第1次 0.38米 厘第2次 40克 0.94米 厘第3次 60克 1.45米 厘第4次 80克 2.02米 厘第5次 100克 2.76米 厘第6次 120克 坍塌 重物质量 20克 （跨距15.45厘米，桥面原高度9.90厘米）
次数 形变 第1次 第2次 40克 第3次 60克 第4次 80克 第5次 100克 第6次 120克 第7次 140克 重物质量 20克 0.15厘米 0.22厘米 0.34厘米 0.53厘米 0.76厘米 0.95厘米 坍塌 （跨距9.50厘米，桥面原高度10.00厘米） 注：（本论文中桥梁形变用其高度变化量表示，以后不再阐述）
⑵受力分析：
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当桥梁跨距不变时，随着重物质量的增加，桥梁的形变程度逐渐增大，对两边支座的压力也越来越大；当支座间的距离减小时，在相同荷载的情况下，桥梁的形变程度越小。因此，人们常在桥梁中间增加支座的方法来增加桥梁稳度，和通过减轻桥梁自重的方法来减轻支座压力。 ⑶梁桥分类：①简支梁桥
定义：主梁以孔为单元，两端设有支座，是静定结构。 优点：结构简单，制造、运输和架设均甚方便，多做成标准
设计，以便于构件生产工艺工业化、施工机械化，提高质量，降低造价。一般适用于中、小跨度。
②连续梁桥
定义：主梁若干孔为一联，连续支撑在几个支座上，是超静定结构。
③悬臂梁桥
定义：上部结构由锚固孔、悬臂和悬挂孔组成，悬挂孔支承在悬臂上，用铰相联。
优点：有单悬臂梁桥（三跨构成，中跨较大能满足通航要求）
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和双悬臂梁桥（可构成多跨的长大梁桥）。
《2》拱桥 ⑵ 实验图片
次数 形变 次数 形变 第1次 第2次 40克 第3次 60克 第4次 80克 第5次 100克 第6次 120克 第7次 重物质量 20克 0.30厘米 0.52厘米 1.28厘米 1.95厘米 2.62厘米 坍塌 （本实验中跨度16.05厘米，原拱高为15厘米） 第1次 第2次 10克 第3次 15克 第4次 20克 第5次 25克 第6次 30克 第7次 35克 重物质量 5克 0.13厘米 0.27厘米 0.45厘米 0.55厘米 0.74厘米 0.95厘米 1.07厘米 （跨度22.00厘米，桥面原高度7.75厘米）
⑵受力分析：
拱桥跨度不变时，随着重物的增加，桥梁变形越来越大。
拱高不变时，随着其坡度的减缓，其对左右两边的挤压力增大，
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而对地面的压力却减小。因此在生活中常采用多孔或敞间孔来减轻对地基的压力。
⑶拱桥分类：①无绞拱：无铰拱的拱圈两端固结于桥台,结构最为
刚劲,变形小,比有铰拱经济，结构简单,施工方便,是普遍采用的形式，但修建无铰拱桥要求有坚实的地基基础。为超静定结构。
②双绞拱：双铰拱是在拱圈两端设置可转动的铰支承,结构虽不如无铰拱刚劲,但可减弱桥台位移等因素的不利影响,在地基条件较差和不宜修建无铰拱的地方,可采用双铰拱桥。为超静定结构。
③三绞拱：三铰拱则是在双铰拱的拱顶再增设一铰,结构的刚度更差些,拱顶铰的构造和维护也较复杂,一般不宜作主拱圈。为静定结构。
《3》吊桥
⑴ 实验图片：
次数
第1次 第2次 第3次 5
第4次 第5次 第6次 第7次
重物质量 20克 形变 40克 60克 80克 100克 120克 140克 0.17厘米 0.21厘米 0.49厘米 0.46厘米 0.82厘米 1.02厘米 1.49厘米 （跨度34.00厘米，桥面原高度10.59厘米）
⑵受力分析：
随着重物的增加，桥梁形变逐渐增大，但其形变小于拱桥和梁
桥形变。
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。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。
吊桥以中间桥墩作为桥梁重力的支撑点，利用斜拉钢索把桥面用天平
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原理平均牵拉。随着重物的增加，桥面的受重不断增加。但由于钢索的牵拉，可使梁体内弯矩减小，有利于桥的稳定。多根悬索分散主梁传给斜拉索的力。
《4》悬索桥
⑴实验图片：
次数 形变 第1次 第2次 40克 第3次 60克 第4次 80克 第5次 100克 第6次 120克 第7次 140克 重物质量 20克 0.10厘米 0.60厘米 0.62厘米 0.81厘米 0.82厘米 0.83厘米 0.80厘米 （跨度24.00厘米，桥面原高度9.50厘米）
⑵受力分析：
随着重物的增加，桥梁变形逐渐增大，桥面形变程度也逐渐增大。 悬索桥的主要承重构件是悬索，他主要承受拉力。重物通过很长的悬索，将力导到两端的塔架上，因此跨度可以比斜拉桥大很多，适
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用于大跨度及特大跨度公路桥。但它的刚度小，在荷载作用下容易产生较大的挠度和振动，为增加其稳定性，在桥面集吊杆之间常设置吊梁，通过缆索形成组合体系，以减小荷载所引起的变形。
注：挠度一般指梁、桁架等受弯构件荷载作用下的最大变形，通常指竖向方向的。
三、结果分析与讨论
1综合上面的实验，我们发现不同的桥梁具有不同的结构，不同的结构具有不同的优缺点，适合于不同的情况。因此在实际生活中，我们应当针对不同的情况，采取合适的桥梁来为生活服务。 2通过对不同桥梁受力模拟实验，得出正确的数据，有利于加深对物体受力分析的理解，学会在生活中更好地应用物理知识，揭示大自然的奥秘。
3本实验的不足之处：①实验材料与现实中有很大的差距，，易造成较大误差；
②实验中模型设计不够合理，对形变的计算方法不当，影响桥梁的相关性能；
③ 本实验无法模拟桥梁的全部受力，如高速奔驰的汽车在拱桥上的向心力等。
4生活中的桥梁还有很多类型，在生活中遇到不同的桥梁时，应按实际去进行分析。 参考文献
[1]通用技术之技术与设计2 广东科技出版社2004年7月第一版 [2]其它参考资料均来自百度百科
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