研究性學(xué)習(xí)橋梁設(shè)計(jì)中的力學(xué)知識與模型制作

1、橋梁設(shè)計(jì)中的力學(xué)知識與模型制作 1. 橋梁有哪些種類?基本有如下幾種：2.為什么有這樣的設(shè)計(jì)？人和車輛等通過橋梁時(shí)，橋面會(huì)彎曲，如果橋面彎曲的越厲害就越會(huì)發(fā)生危險(xiǎn)。同樣的材料，同樣的厚度，橋的跨度越大，越易彎曲。為防止橋面過于彎曲，可采用不同的方法幫助橋面承擔(dān)重量。如： 梁式橋梁式橋是一種在豎向荷載作用下無水平反力的結(jié)構(gòu)。由于外力（恒載和活載）的作用方向與承重結(jié)構(gòu)的軸線接近垂直，故與同樣跨徑的其它結(jié)構(gòu)體系相比，梁內(nèi)產(chǎn)生的彎矩最大，通常需用抗彎能力強(qiáng)的材料（鋼、木、鋼筋混凝土等）來建造。 梁式橋還可分為：鋼桁梁橋、T型梁橋、懸臂梁橋、連續(xù)梁橋和連續(xù)鋼構(gòu)橋等。圖一 鋼桁梁橋 圖二 連續(xù)式梁橋拱式橋

2、拱式橋的主要承重結(jié)構(gòu)是拱圈或拱肋。這種結(jié)構(gòu)在豎向荷載作用下，橋墩或橋臺將承受水平推力。同時(shí)，這種水平推力將顯著抵消荷載所引起在拱圈(或拱肋)內(nèi)的彎矩作用。因此，與同跨徑的梁相比，拱的彎矩和變形要小得多。鑒于拱橋的承重結(jié)構(gòu)以受壓為主，通常就可用抗壓能力強(qiáng)的圬工材料(如磚、石、混凝土)和鋼筋混凝土等來建造。 拱橋的跨越能力很大，外形也較美觀，在條件許可的情況下，修建拱橋往往是經(jīng)濟(jì)合理的。拱橋種類繁多，常見的有：圬工拱橋、箱型拱橋、雙曲拱橋、鋼架拱橋、桁架拱橋、肋拱橋、桁式組合拱橋和斜腿鋼架拱橋等。根據(jù)拱橋的不同承載方式，還可分為：上承式橋梁、下承式橋梁、中承式橋梁。圖六 上承式拱橋橋梁圖七 下承式

3、拱橋橋梁圖八 中承式拱橋橋梁懸索橋 傳統(tǒng)的懸索橋(也稱吊橋)均用懸掛在兩邊塔架上的強(qiáng)大纜索作為主要承重結(jié)構(gòu)。在豎向荷載作用下，通過吊桿使纜索承受很大的拉力，通常就需要在兩岸橋臺的后方修筑非常巨大的錨碇結(jié)構(gòu)。懸索橋也是具有水平反力(拉力)的結(jié)構(gòu)。現(xiàn)代的懸索橋上，廣泛采用高強(qiáng)度的鋼絲成股編制的鋼纜，以充分發(fā)揮其優(yōu)異的抗拉性能，因此結(jié)構(gòu)自重較輕，就能以較小的建筑高度跨越其它任何橋型無與倫比的特大跨度。懸索橋的另一特點(diǎn)是：成卷的鋼纜易于運(yùn)輸，結(jié)構(gòu)的組成構(gòu)件較輕，便于無支架懸吊拼裝。我國在西南山嶺地區(qū)和在遭受山洪泥石沖擊等威脅的山區(qū)河流上，以及對于大跨徑橋梁，當(dāng)修建其他橋梁有困難的情況下，往往采用吊橋。

4、懸索橋的樣式圖見下圖所示：圖九 單跨式懸索橋斜拉橋斜拉橋由斜索、塔柱和主梁所組成。用高強(qiáng)鋼材制成的斜索將主粱多點(diǎn)吊起，并將主梁的恒載和車輛荷載傳至塔柱，再通過塔柱基礎(chǔ)傳至地基。這樣，跨度軟人的主梁就象一根多點(diǎn)彈性支承(吊起)的連續(xù)梁一樣工作，從而可使主梁尺寸大大減小，結(jié)構(gòu)自重顯著減輕，既節(jié)省了結(jié)構(gòu)材料，又大幅度地增大橋梁的跨越能力。此外，與懸索橋相比，斜拉橋的結(jié)構(gòu)剛度大，即在荷載作用下的結(jié)構(gòu)變形小得多，且其抵抗風(fēng)振的能力也比懸索橋好，這也是在斜拉橋可能達(dá)到大跨度情況下使懸索橋遜色的重要因素。斜索在立面上也可布置成不同型式。各種索形在構(gòu)造上和力學(xué)上各有特點(diǎn)，在外形美觀上也各具特色。常用的索形布置

5、為豎琴形(圖十)和扇形(圖十一)兩種。另一種是斜索集中錨固在塔頂?shù)妮椛湫尾贾?圖十二)，因其塔頂錨固結(jié)構(gòu)復(fù)雜而較少采用。圖十 豎琴形斜拉橋圖十一 扇形斜拉橋圖十二 放射形斜拉橋3.建橋的材料及性能。 材料的選擇主要考慮如下方面：（1）.材料是否易得？（2）.成本有多少？（3）.防火及防腐蝕性如何？（4）.是否堅(jiān)固？材料 特性石頭木材混凝土 鋼鐵材料是否易得易易較難較難成本低低較高高.防火及防腐蝕性較好低好好堅(jiān)固度較高低高高橋梁模型制作：自己設(shè)計(jì)并制作橋梁模型 要求：制作一個(gè)主橋面長不少于50cm的橋梁模型。橋跨度不少于15厘米，橋面距離桌面高度不少于4厘米，寬度不少于7厘米，橋的總質(zhì)量盡量輕。材料：紙，木條，繩，鐵絲，膠水等。評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)：(1）橋梁的堅(jiān)固性（可以用橋面上放重物的方式）。（2）.造型是否美觀。 作品應(yīng)力求有創(chuàng)造性，并能貼近實(shí)際、結(jié)構(gòu)合理、制作精巧。紙結(jié)構(gòu)