橋梁工程施工中力學原理的運用

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摘要：隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展和新技術(shù)、新材料的應(yīng)用，促使人們對橋梁力學的研究逐步深入。高中生作為祖國的未來和希望，加大力學原理在橋梁施工中的應(yīng)用研究，對提升自己所學知識的應(yīng)用能力、增長自身知識面都產(chǎn)生重要的影響。研究以各類橋梁工程中所用力學原理為研究視角，深入分析混凝土施工、模板與支架安裝中所用的力學知識，以期為類似研究提供一定借鑒和指導。

關(guān)鍵詞：力學原理；橋梁工程；施工

橋梁建設(shè)所用的力學知識非常廣泛，其主要涉及力學中的理論力學、材料力學、結(jié)構(gòu)動力學等知識，只有準確掌握這些知識，方可有效解決橋梁建設(shè)中遇到的力學問題。為提升橋梁工程施工的質(zhì)量和水平，促使橋梁設(shè)計向著更好的方向發(fā)展，力學原理的應(yīng)用受到相關(guān)工作人員的重視和關(guān)注。此時，我們高中生加強力學知識的學習，將所學知識與實踐相互融合，能有效提升自身力學知識的應(yīng)用能力。

一、各種橋梁工程中力學原理的應(yīng)用

1.拱橋中涉及力學原理

拱橋是我國傳統(tǒng)三大基本橋梁形式之一，它已成為世界最廣泛的橋梁。我國拱橋始建于東漢中后期，距今已有一千八百余年的發(fā)展史。由于拱橋的主要承重構(gòu)件外形均是曲的，拱橋的設(shè)計為半圓形結(jié)構(gòu)，兩端設(shè)置相應(yīng)的橋墩，設(shè)計過程中把橋面重量轉(zhuǎn)移至橋墩上，見圖1。如果有物體經(jīng)過橋頂時，物理做的運動為四周運動，所需的向心力由物體的重力及橋?qū)ξ矬w支持力的合力提供。當物體處在失重狀態(tài)，物體運動速度明顯加大，失重的情況更加明顯，物體對橋的壓力越來越小。正常狀況下，拱橋一直處在受壓狀態(tài)，物體的壓力沿著拱形互勉向外傳遞至橋墩上。此時，拱橋拉力可以忽略不計，拱橋自然弧線及力向外擴散能力能有效降低拱橋下側(cè)受到拉力的影響。必須注意，拱橋的半圓越大，下側(cè)遭受拉力的影響更大。

2.懸索橋涉及力學原理

懸索橋是指利用索塔懸掛并通過錨固結(jié)與兩岸纜索為結(jié)構(gòu)的稱重構(gòu)件，這種橋梁中最大的力為懸索中的張力及塔架壓力。因塔架基本上不受到側(cè)向力的影響，其結(jié)構(gòu)可做得非常纖細，加之，懸索對塔架還有發(fā)揮一定的穩(wěn)定作用。懸索橋主要包括懸索、吊桿、鎖踏塔、橋面系等部分組成，主要承重構(gòu)件為懸索，通常采用抗拉強度較高的鋼材制作而成。由于懸索橋可充分運用材料的強度，并具有自重量輕、用料少等特點，因此，懸索橋在各類橋梁中的跨越能力最大。懸索橋的力學原理為：鉚釘利用橋塔將主纜拉起來，橋梁借助吊桿懸掛至主纜上。根據(jù)不同的需求設(shè)計相應(yīng)的橋梁，橋梁設(shè)計時，除要使用物理知識解決橋梁承受力以外，還要考慮自然因素產(chǎn)生的影響，這些研究都為我們?nèi)蘸髮W習橋梁設(shè)計相關(guān)知識打下堅實的基礎(chǔ)。通常情況下，索橋主要承重構(gòu)件處在錨固的鎖定上，少數(shù)設(shè)計者為滿足特殊的需要，會把主纜直接錨固在加勁梁上，去除龐大的錨碇，形成自錨式懸索橋。因懸索橋水平力大小與主纜的矢跨比存在密切聯(lián)系，可通過調(diào)整矢跨比調(diào)節(jié)主梁內(nèi)的水平力。通常來說，跨度較大，可適當加大矢跨比，從而減小主梁的壓力，反之，合理減小其矢跨比，促使混凝土主梁的壓力適當提升。

二、橋梁施工中運用的力學原理

1.混凝土施工

從受力角度分析，探討預應(yīng)力與混凝土施工相互結(jié)合，本應(yīng)使用強度相等的預應(yīng)力鋼材。為實施恰當?shù)木幨?，先要把預應(yīng)力筋梳理順直，方可預防預應(yīng)力筋在張拉或穿孔操作中出現(xiàn)互相纏繞引發(fā)不均勻受力。入股鋼絲受力不均勻，非常容易被拉斷，從而產(chǎn)生不必要的損失。從力學角度分析，努力使合力作用線處在核心截面構(gòu)件之內(nèi)，避免邊緣拉力與偏心受壓力過大的情況。張拉操作時，實施有條理的對稱張拉，進一步減少偏心受壓。在力學原理的結(jié)合下，分階段對稱張拉能獲得良好的張拉效果，降低出現(xiàn)問題的可能性。預應(yīng)力設(shè)計、建設(shè)是工程預應(yīng)力施工必須考慮的因素，需要對其受力原理展開分析，運用力學原理恰當控制設(shè)計內(nèi)容，從而達到預期的設(shè)計效果。

2.模板與支架安裝

從設(shè)計學角度分析，橋梁的安全性、可靠性是整個施工重點關(guān)注的內(nèi)容，模板安裝設(shè)計應(yīng)在進行受力分析基礎(chǔ)上，保障支架構(gòu)造的安全性。由于現(xiàn)場施工中，荷載處于不斷變化的狀態(tài)，因此，對橋梁支架和模板進行安裝時，要給予有力的組合，考慮多種因素的影響，認真計算并落實支架驗收、模板驗收等內(nèi)容。由力學原理可知，如果受力不均勻，極易導致支架基礎(chǔ)不牢固，從而發(fā)生變形。對其受力進行分析可知，若受力過大，模板與支架可能發(fā)生位移、下沉等情況，需要及時采取有效的措施進行處理。同時，模板與支架拆除也應(yīng)嚴格按照技術(shù)的要求，根據(jù)設(shè)計順序完成查處操作，防止不利受力引起嚴重的破壞?？傊?，橋梁是我們?nèi)粘Ｉ钪匾囊徊糠郑軌驇椭藗兇┰胶恿?、鐵軌、峽谷等障礙。本次研究以力學原理為視角，探究其在拱形、懸索橋及其施工環(huán)節(jié)中的應(yīng)用，以期為橋梁工程施工提供一定的指導。

參考文獻：

［1］鄧子含.橋梁的類型與設(shè)計中的受力研究［J］.綠色科技，2016.

［2］張惠明.力學原理在橋梁施工規(guī)范中的應(yīng)用探討［J］.黑龍江交通科技，2013.

作者：李怡恒 單位：湖南省長沙市長郡中學