桥梁结构中的力学应用共19页
工程力学在桥梁建设上的巧妙应用与剖析
工程力学在桥梁建设上的巧妙应用与剖析韦祚军赣西科技职业学院摘要：桥梁在人类发展的历史过程中，可以说一直是一种社会文明的代表，纵观世界桥梁建设发展的历史，可以发现桥梁的发展与当下的社会生产力的发展，工业水平的提高，施工技术的改进，数学、力学理论的发展，计算技术的改革都有密切的关系，其中力学理论的应用在桥梁建设中起着举足轻重的作用。
特别是在19、20世纪，随着力学理论及应用研究的飞速发展，促使桥梁建设发生了前所未有的飞跃。
本文从力学在桥梁工程中的应用这个角度，作简要的回顾、剖析和展望。
关键词：工程力学；桥梁建设；应用与剖析1有关现阶段桥梁类型的分类根据最新的调查报告表明，现阶段有关桥梁的分类方式有以下几种：（一）按体系分类（二）按跨径分类（三）按跨越障碍物的性质分类（四）按跨越方式分类（五）按施工方式分类（六）按桥面位置分类（七）按主要承重结构所用材料分类1.1按体系分类从结构体系方面对桥梁进行分类实质上是以桥梁结构中的力学应用为切入点进行分类的，通过对桥梁主要的受力结构进行分析，可知桥梁可以分为梁式桥、拱式桥、钢架桥、悬索桥以及组合体系桥五大类。
1.2按跨径分类按桥梁跨径分类的方法是桥梁建筑行业的一种管理模式或手段，这种分类方法并没有足够的空间去展示或反馈出桥梁工程设计和工程力学原理应用的复杂性。
其中，L>1000m、Lk> 150m的为特大桥，100m<=L<=1000m、40m<=Lk<=150m的为大桥，30m<=L<=100m、20m<=Lk<40m的是中桥，8m<=L<=30m、5m<=Lk<20m的是小桥。
1.3按跨越障碍物的性质分类按跨越障碍物的性质可以将桥梁分为跨河桥、跨线桥（立体交叉桥）、栈桥和高架桥。
1.4按跨越方式分类通过跨越方式进行分类的话，桥梁可以被分为开启桥、漫水桥、浮桥和固定式桥四类。
工程力学中的力的合成与分解在桥梁设计中的应用
工程力学中的力的合成与分解在桥梁设计中的应用工程力学是研究物体力学与数学方法相结合的一个学科，它在道路、桥梁等工程设计中起着重要的作用。
其中，力的合成与分解是工程力学中的重要内容之一，它在桥梁设计中扮演着关键的角色。
本文将探讨力的合成与分解在桥梁设计中的应用。
1. 力的合成在桥梁设计中的应用力的合成是指将多个力合成为一个力的过程。
在桥梁设计中，常常需要将多个力合成为一个综合力，从而进行系统的分析和计算。
一种典型的应用是对桥梁的荷载进行合成，确定桥梁的承载能力。
以悬索桥为例，悬索桥是一种采用悬挂于两座塔上的伸向两端的主拱索和侧拱索构成的桥梁结构。
在悬索桥的设计中，需要考虑到各种荷载对桥梁的影响，如桥上行驶的车辆荷载、风荷载等。
这些荷载可以通过力的合成来进行计算和分析，确定悬索桥的设计参数，以确保桥梁的安全性和稳定性。
2. 力的分解在桥梁设计中的应用力的分解是指将一个力分解为多个力的过程。
在桥梁设计中，常常需要将桥梁上的荷载按不同的方向进行分解，从而分析和计算各个方向上的受力情况。
这有助于确定桥梁的结构参数和材料使用。
以梁桥为例，梁桥是一种采用横梁承受荷载的桥梁结构。
在梁桥的设计中，需要将荷载按不同的方向进行分解，如分解为垂直方向的重力和水平方向的水荷载。
通过力的分解，可以分析和计算各个方向上的受力情况，确定梁桥的截面尺寸和材料强度，以确保梁桥的承载能力和稳定性。
3. 力的合成与分解在桥梁设计中的综合应用除了单独应用力的合成和分解外，工程力学中的力的合成与分解也常常在桥梁设计中进行综合应用。
这是因为桥梁结构通常存在复杂的受力情况，需要综合考虑多个方向上的受力情况。
以拱桥为例，拱桥是一种采用弧形桥拱抵抗荷载的桥梁结构。
在拱桥的设计中，需要综合考虑重力、车辆荷载等各个方向上的受力情况。
通过力的合成和分解，可以将各个方向上的受力合理地综合处理，确定拱桥的设计参数和结构形式，以保证拱桥的强度和稳定性。
综上所述，力的合成与分解在工程力学中起着重要的作用，尤其在桥梁设计中发挥着关键的作用。
力学在桥梁工程中的应用及发展趋势
力学在桥梁工程中的应用及发展趋势本页仅作为文档页封面，使用时可以删除This document is for reference only-rar21year.March力学在桥梁工程中的应用及发展趋势桥梁在人类发展的历史过程中，可以说一直是一种社会文明的代表，纵观世界桥梁建设发展的历史，可以发现桥梁的发展与当时社会生产力的发展，工业水平的提高，施工技术的改进，数学、力学理论的发展，计算技术的改革都有密切的关系，其中力学理论的应用在桥梁建设中起着举足轻重的作用．特别是在l9，20世纪，随着力学理论及应用研究的长足进步，促使桥梁建设发生了前所未有的飞跃．本文从力学在桥梁工程中的应用这个角度，作简要的回顾、分析、评述和展望．1 力学在桥梁工程中的应用及主要成就l8世纪以前，虽然当时人们对力学中的许多机理尚不了解，但已经在实践中摸索出诸如，土、石、砖、木等材料主要适合于受压的场合，因此所采用的桥梁建筑结构较为简单，如举世闻名的赵州桥(跨度为37．02m，公元605年)，它既发挥了土、石等圬工材料的优点，又减轻了桥身的自重，节约了用材，且便于排洪，还增加了美观，它集中体现了世界古代桥梁的伟大成就，同时也代表了古代中华文明，在今天看来，它应是力学在当时材料条件下的最佳发挥．18世纪前后，人们开始使用生铁，尽管人们已经认识到了这类材料是优于土、石等圬工材料的一类新材料，但是由于材料本身的缺昭以及人们对其力学机理、物理性质尚不清楚，其应用仍然受到了很大的限制．19世纪中叶，由于欧洲率先进入了工业社会，从根本上改变了西方社会近千年的文明，特别是在这一时期伴随Newton力学的形成、微积分学的发展及欧洲工业化格局的形成，使得力学的理论与实践得到了很大的发展，如与土木工程建筑有关的材料力学、结构力学的形成，造就了桥梁工程建设的第1次飞跃．英国的不列颠尼亚箱粱桥(跨度为141．00m，1850年)，美国的布鲁克林悬索桥(跨度为，1883年)及英国的福斯悬臂桁架桥(跨度为，1890年)等桥梁是这一时期的杰出代表．20世纪初期，由于西方工业社会的空前发展，力学研究的进步及相关学科的发展导致高强度钢材、钢筋混凝土乃至预应力混凝土等材料的出现，实现r桥梁工程发展史上的第2次飞跃．根据初等材料力学的结论，混凝土抗拉强度很低，但其价格却远低于钢材，人们为了增加其抗拉能力，设计了钢筋混凝土这类复合建筑材料，使其既能承受拉力，又能承受压力，但限于混凝土材料本身所具有的力学性能，将其作为粱式桥结构用材，跨度仍远逊色于传统的拱桥结构．在进一步实践过程中，人们又发现尽管有受力钢筋在承载，但在受拉区仍然不可避免地会出现一些裂缝，若对钢筋施加一定张力作用，可以克服此弊端即通过张拉预应力筋，使得受拉区事先储备一定数值的压应力当外荷载作用时，混凝土可不出现拉应力或不超过某个临界值的拉应力，从而极大地提高丁混凝土结构的抗裂性能、刚度和承载能力，进而导致了预应力混凝土桥梁结构的出现，扩展了其应用的范围，使之成为了2O世纪桥梁工程中的一类主要结构．我国自70年代末期起，预应力混凝土桥梁的建设得到了很快的发展，特别在近几十年的城市道路桥梁、高速公路桥梁建设中占据着主导地位，这其中诸如预应力混凝土T构、连续梁桥、桁架粱桥、大跨度简支梁桥等桥型都是在这一结构基础上的派生．由于初等材料力学及结构力学的发展，导致了跨越能力较强的悬索桥、斜拉桥的出现．在30年代美国就掀起过大跨度悬索桥的高峰，如美国纽约华盛顿桥(跨度为， 1931年)，旧金山金门大桥(跨度为，1937年)等都是这一时期的典型代表．第2次世界大战以后，德国、日本曾一度赶上了美国；50年代起，斜拉桥结构在德国初见光芒，并很快波及世界各地；60年代，在日本、丹麦等地出现了兴建跨海工程的先例．随着桥梁工程建设的不断进步，出现了诸多困扰人们的力学难题，桥梁空间结构的受力分析，结构复杂的次应力计算，主梁、横隔粱、桥面板、支座、墩台及基础的设计、计算分析等都是和力学密切相关的问题，数学、力学理论及计算工具的进步推动了这些问题的懈决，并促进了桥梁工程进一步的发展和飞跃，同时使得桥梁工程作为独立的科学技术被确认，不再是凭桥梁设计者们的智慧和经验的创造过程，而是一门融理论分析、设计、施工控制与管理于一体的系统性学科，力学在这其中发挥了关键的作用，并且和其它学科进一步交叉渗透，派生出若干新的学科．如J．Muller公司提出的双锚索构思方案的应用，使得传统的斜拉桥在跨径上有了很大的突破，同时在力学上又对这类工程所需要的材料，提出了更高、更广的要求．事实上，采用这种新材科的大跨径桥梁结构设计本身，就无形地在引导着土术工程师们去探索新的知识领域，如某些复台材料的力学机理与混凝土或钢结构相比较，承载强度极大地增加了，自重降低了，在广泛地应用过程中，却由于其恒载的大幅减轻，于是风载引起的颤振问题又成为了一个亟待解决的课题，这个问题是属于非线性动力学分析领域的一个前措问题．因此，可以说桥梁工程在不断地给力学的应用提出新的挑战，正是由于人们在不断地迎接挑战，才使得力学在桥梁工程中的应用前景十分光明．世界上曾有过不少桥梁因失稳而丧失承载能力的事故，加拿大的魁北克(Quebec)桥曾在1907年架设过程中由于悬臂端下弦杆的腹板翘曲而导致失稳，最后全部坍塌；澳大利亚墨尔本附近的西门(West Gate)桥，于1970年在架设拼拢整孔左右两半(截面)钢箱梁时。
桥梁工程施工中力学原理的运用
桥梁工程施工中力学原理的运用桥梁建设所用的力学知识非常广泛，其主要涉及力学中的理论力学、材料力学、结构动力学等知识，只有准确掌握这些知识，方可有效解决桥梁建设中遇到的力学问题。
为提升桥梁工程施工的质量和水平，促使桥梁设计向着更好的方向发展，力学原理的应用受到相关工作人员的重视和关注。
此时，我们高中生加强力学知识的学习，将所学知识与实践相互融合，能有效提升自身力学知识的应用能力。
一、各种桥梁工程中力学原理的应用1.拱桥中涉及力学原理拱桥是我国传统三大基本桥梁形式之一，它已成为世界最广泛的桥梁。
我国拱桥始建于东汉中后期，距今已有一千八百余年的发展史。
由于拱桥的主要承重构件外形均是曲的，拱桥的设计为半圆形结构，两端设置相应的桥墩，设计过程中把桥面重量转移至桥墩上，见图1。
如果有物体经过桥顶时，物理做的运动为四周运动，所需的向心力由物体的重力及桥对物体支持力的合力提供。
当物体处在失重状态，物体运动速度明显加大，失重的情况更加明显，物体对桥的压力越来越小。
正常状况下，拱桥一直处在受压状态，物体的压力沿着拱形互勉向外传递至桥墩上。
此时，拱桥拉力可以忽略不计，拱桥自然弧线及力向外扩散能力能有效降低拱桥下侧受到拉力的影响。
必须注意，拱桥的半圆越大，下侧遭受拉力的影响更大。
2.悬索桥涉及力学原理悬索桥是指利用索塔悬挂并通过锚固结与两岸缆索为结构的称重构件，这种桥梁中最大的力为悬索中的张力及塔架压力。
因塔架基本上不受到侧向力的影响，其结构可做得非常纤细，加之，悬索对塔架还有发挥一定的稳定作用。
悬索桥主要包括悬索、吊杆、锁踏塔、桥面系等部分组成，主要承重构件为悬索，通常采用抗拉强度较高的钢材制作而成。
由于悬索桥可充分运用材料的强度，并具有自重量轻、用料少等特点，因此，悬索桥在各类桥梁中的跨越能力最大。
悬索桥的力学原理为：铆钉利用桥塔将主缆拉起来，桥梁借助吊杆悬挂至主缆上。
根据不同的需求设计相应的桥梁，桥梁设计时，除要使用物理知识解决桥梁承受力以外，还要考虑自然因素产生的影响，这些研究都为我们日后学习桥梁设计相关知识打下坚实的基础。
桥梁建筑中的物理力学应用
桥梁建筑中的物理力学应用作者：王道柱来源：《中学课程辅导·教学研究》2013年第27期物理是一门以应用为主的自然学科，是“来源于生活，又回归到生活中”的实践性和理论性完美结合的科目，是一门极具实践价值的学科。
物理和我们的生活息息相关，在科学发达的现代社会，各种物理知识在生活中的每一个领域扮演着尽善尽美服务于人民大众的使命，科学是推动历史前进的杠杆，科学提出新观念，创造新技术，推动社会发展，物理学本身是和科学技术-社会生产紧密联系的。
下面我就物理中力学在生活实践中的应用作一个归纳总结，在欣赏美轮美奂的物理知识成果同时也激励我们把物理知识的实用性更进一步发扬光大。
力学是每时每刻都在和我们打交道的物理知识，其涉及面之广可谓包罗万象，本文仅从力学中圆周运动知识在生活实践完美结合的典范—桥梁建筑来进行阐述。
主要介绍桥梁结构类型，浅析桥梁的力学原理及优缺点。
以主要的受力构件为基本依据，可分为梁式桥、拱式桥、刚架桥、斜拉桥、悬索桥、组合桥六大类。
一、梁式桥结构分析：用梁或桁架梁作主要承重结构的桥梁。
其上部结构在铅垂向荷载作用下，支点只产生竖向反力。
梁式桥为桥梁的基本体系之一。
梁式桥又可分为简支梁桥、连续梁桥和悬臂梁桥。
优点：梁桥建造能就地取材、工业化施工、耐久性好、适应性强、整体性好且美观；缺点：结构本身的自重大，约占全部设计荷载的30%至60%，且跨度越大其自重所占的比值更显著增大，大大限制了其跨越能力。
二、拱式桥结构分析：拱式桥的主要承重结构是拱圈或拱肋，这种结构在竖向荷载作用下，桥墩或桥台将承受水平推力，同时这种水平推力将显著抵消荷载所引起的在拱圈内的弯矩作用。
拱桥的承重结构以受压为主，通常用抗压能力强的圬工材料和钢筋混凝土等来建造拱肋为主要承重构件，受力特点为拱肋承压、支承处有水平推力。
优点：跨越能力较大；能耐久，且养护、维修费用少；外型美观；构造较简单，有利于广泛采用。
缺点：由于它是一种推力结构，对地基要求较高；对多孔连续拱桥，为防止一孔破坏而影响全桥，要采取特殊措施或设置单向推力墩以承受不平衡的推力，增加了工程造价。
建筑力学课件第十九章
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19.1 移动荷载及其影响
（1）影响线上任一点的横坐标x表示单位荷载的位置，纵坐标（或称 竖标）表示当单位荷载作用于此位置时所研究截面某一反力或内力的 数值。这是影响线的本质，必须深刻理解。 （2）在绘制影响线时，单位荷载F=1是不带量纲的。因此，某反力 或内力影响线竖标的单位等于该反力或内力的实际单位除以力的单位。 例如弯矩影响线的竖标是长度单位，反力、剪力影响线竖标是无量纲 的。这样，在利用影响线研究实际荷载的影响时就比较方便，只需用 某反力或内力影响线的竖标乘以实际荷载的单位就行了。 （3）符号规定，支反力以向上为正，反之为负；弯矩以使梁下侧受 拉为正，反之为负；剪力使所取隔离体顺时针转为正，反之为负。一 般规定，影响量的正值，画在横轴（基线）的上侧，负值则画在横轴 的下侧，并要求注明正负号。
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19.2 静力法作影响线
总之，内力的影响线反映的是某一截面上的某一内力量值与单位移动 荷载作用位置之间的关系；内力图反映的是在固定荷载作用下某一内 力量值在各个截面上的大小。 在工程实际中，有不少结构受间接荷载（也称结点荷载）的作用。例 如，桥梁或房屋建筑中的某些主梁，受到次梁（横梁和纵梁）传递过 来的荷载。主梁上的这些荷载传递点称为主梁的结点。对移动荷载来 说，不论荷载作用于次梁上什么位置，其作用都要通过这些固定的结 点传递到主梁上。如图19-7（a）所示的梁系，AB为一简支梁，其上 有5根横梁（两端支撑在两根主梁上），横梁上面有4根纵梁，荷载直 接作用于纵梁，而后通过横梁再传递到主梁。主梁只在A、C、E、F、 B等处即主梁结点处承受集中力。
19.1 移动荷载及其影响
在工程实际中的移动荷载是多种多样和比较复杂的，通常是由多个间 距不变的竖向荷载所组成的移动荷载组。如图19-1（a）所示的汽车 荷载就是由图19-1（b）所示的间距为d的两个竖向荷载F1、F2组成 的荷载组，在移动过程中间距d始终保持不变。为了使研究所得结果 具有普遍意义和计算简便，先研究一个竖向的单位集中荷载F=1（不 带量纲）沿结构移动时，对某一量值（例如某一反力、某一内力或某 一位移等）所产生的影响；然后根据叠加原理就可以进一步解决各种 移动荷载组对某一量值的总影响。
桥梁结构中的力学应用专题教学讲座
等都是这一时期的典型代表。第二次的世金界门海大峡战，以南端后连，接德旧金国、 日本曾一度赶上了美国；50年代起，山马斜的林拉北县端。桥， 金结门北构大端桥接在的通德桥加国墩州跨的初见 光芒，并很快波及世界各地；60年代距，长在12日80本.2米、，丹建麦成时等曾地出
现了兴建跨海工程的先例。
是世界上跨距最大的悬索桥， 宽度27.5米，双向共6条行
背景为日本明石海峡大桥， 主跨1991米，全长3910米， 为三跨二铰双层加劲桁梁式 吊桥，钢桥283米，高出333 米桥宽35.5米，双向六车道， 加劲梁14米，抗震强度按 1/150的频率，承受8.5级强 烈地震设计，为目前世界上 跨度最大的悬索桥。
桥梁的基本类型及其受力
Tankertanker Design
布鲁克林悬索桥
力学在桥梁工程中的应用成就
20世纪初期，西方工业社会的空前发展，力学研究的进步及相 关学科的发展导致高强度钢材、钢筋混凝土乃至预应力混凝 土等材料的出现，实现桥梁工程发展史上的第二次飞跃。 根据初等材料力学的结论，混凝土抗拉强度很低，但其价格却 远低于钢材，人们设计了既能受拉又能受压的钢筋混凝土这 类复合建筑材料，将其作为粱式桥结构用材，跨度仍远逊色 于传统的拱桥结构。 在进一步实践过程中，人们又发现尽管有受力钢筋在承载，但 在受拉区仍然不可避免地会出现一些裂缝，这一弊端导致了 预应力混凝土桥梁结构的出现，并使之成为了20世纪桥梁工 程中的一类主要结构。
桥梁结构施工中的外力及其力学效应
桥梁结构施工中的外力及其力学效应桥梁是人类创造的伟大工程，连接了人们的生活与出行。
桥梁的建设过程中，外力是不可忽视的因素。
各种外力对桥梁结构的影响是多方面的，它们既可能给桥梁带来积极的作用，也可能造成损害和影响桥梁的稳定性。
本文将从桥梁施工中的外力入手，探讨其力学效应。
首先，桥梁施工中的自重是主要的外力之一。
在桥梁施工过程中，各种材料和设备的自身重量会给桥梁施加压力。
例如，在悬索桥的建设中，悬索索力和塔楼的自重会加在悬索桥上。
这些自重会对桥梁产生垂直向下的压力，需要结构强度足够承受。
其次，活载也是桥梁结构施工中一个重要的外力因素。
活载可以包括行人、车辆、货物等，其对桥梁的作用力较为复杂。
桥梁建设过程中的活载主要来自施工人员和设备。
例如，在悬挑桥的施工过程中，施工人员在悬挑桥上工作，引起的活载会对悬挑桥施加力。
这些活载会对桥梁产生水平和垂直方向上的力，需要对桥梁的荷载能力进行合理设计和计算。
另外，风是桥梁施工中的一种重要外力。
风的作用会给桥梁结构带来迎风和顺风方向上的力。
特别是在高大的桥梁结构中，风的作用更加明显。
大风可能引起桥墩和桥面的摆动、桥面的振动等问题，可能导致桥梁结构的破坏。
因此，桥梁建设中，需要对不同风速下桥梁的稳定性进行充分的计算和考虑，采取相应的防护措施。
此外，温度影响也是桥梁施工中需要考虑的一个因素。
温度变化会导致桥梁结构的长度和形状发生变化，从而产生应力和应变。
在桥面铺装的施工中，温度的变化可能引起桥面的膨胀和收缩，进而对桥面的平直度和稳定性产生影响。
为了克服这个问题，经常会在桥梁施工中考虑使用伸缩缝等设计，来适应桥梁结构的热胀冷缩。
最后，在河流桥梁建设中，水流也是一个需要特别关注的外力因素。
河流的水流速度和水位的变化会对桥梁施加水平和垂直的力。
特别是在洪水期间，水流的冲击会对桥墩和桥梁底部结构造成极大的压力。
因此，在河流桥梁建设过程中，需要充分考虑河流的水流情况，采取相应的防洪措施和稳定性设计。