桥梁工程施工中力学原理的运用

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摘要：随着国民经济的发展和新技术、新材料的应用，促使人们对桥梁力学的研究逐步深入。高中生作为祖国的未来和希望，加大力学原理在桥梁施工中的应用研究，对提升自己所学知识的应用能力、增长自身知识面都产生重要的影响。研究以各类桥梁工程中所用力学原理为研究视角，深入分析混凝土施工、模板与支架安装中所用的力学知识，以期为类似研究提供一定借鉴和指导。

关键词：力学原理；桥梁工程；施工

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。通常情况下，索桥主要承重构件处在锚固的锁定上，少数设计者为满足特殊的需要，会把主缆直接锚固在加劲梁上，去除庞大的锚碇，形成自锚式悬索桥。因悬索桥水平力大小与主缆的矢跨比存在密切联系，可通过调整矢跨比调节主梁内的水平力。通常来说，跨度较大，可适当加大矢跨比，从而减小主梁的压力，反之，合理减小其矢跨比，促使混凝土主梁的压力适当提升。

二、桥梁施工中运用的力学原理

1.混凝土施工

从受力角度分析，探讨预应力与混凝土施工相互结合，本应使用强度相等的预应力钢材。为实施恰当的编束，先要把预应力筋梳理顺直，方可预防预应力筋在张拉或穿孔操作中出现互相缠绕引发不均匀受力。入股钢丝受力不均匀，非常容易被拉断，从而产生不必要的损失。从力学角度分析，努力使合力作用线处在核心截面构件之内，避免边缘拉力与偏心受压力过大的情况。张拉操作时，实施有条理的对称张拉，进一步减少偏心受压。在力学原理的结合下，分阶段对称张拉能获得良好的张拉效果，降低出现问题的可能性。预应力设计、建设是工程预应力施工必须考虑的因素，需要对其受力原理展开分析，运用力学原理恰当控制设计内容，从而达到预期的设计效果。

2.模板与支架安装

从设计学角度分析，桥梁的安全性、可靠性是整个施工重点关注的内容，模板安装设计应在进行受力分析基础上，保障支架构造的安全性。由于现场施工中，荷载处于不断变化的状态，因此，对桥梁支架和模板进行安装时，要给予有力的组合，考虑多种因素的影响，认真计算并落实支架验收、模板验收等内容。由力学原理可知，如果受力不均匀，极易导致支架基础不牢固，从而发生变形。对其受力进行分析可知，若受力过大，模板与支架可能发生位移、下沉等情况，需要及时采取有效的措施进行处理。同时，模板与支架拆除也应严格按照技术的要求，根据设计顺序完成查处操作，防止不利受力引起严重的破坏。总之，桥梁是我们日常生活重要的一部分，它能够帮助人们穿越河流、铁轨、峡谷等障碍。本次研究以力学原理为视角，探究其在拱形、悬索桥及其施工环节中的应用，以期为桥梁工程施工提供一定的指导。

参考文献：

［1］邓子含.桥梁的类型与设计中的受力研究［J］.绿色科技，2016.

［2］张惠明.力学原理在桥梁施工规范中的应用探讨［J］.黑龙江交通科技，2013.

作者：李怡恒 单位：湖南省长沙市长郡中学