力學原理在橋梁工程施工中的運用

李怡恒

（湖南省長沙市長郡中學）

力學原理在橋梁工程施工中的運用

李怡恒

（湖南省長沙市長郡中學）

隨著國民經濟的發展和新技術、新材料的應用，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用研究，對提升自己所學知識的應用能力、增長自身知識面都產生重要的影響。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。

力學原理；橋梁工程；施工

橋梁建設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、結構動力學等知識，只有準確掌握這些知識，方可有效解決橋梁建設中遇到的力學問題。為提升橋梁工程施工的質量和水平，促使橋梁設計向著更好的方向發展，力學原理的應用受到相關工作人員的重視和關注。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用能力。

一、各種橋梁工程中力學原理的應用

1.拱橋中涉及力學原理

拱橋是我國傳統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展史。由于拱橋的主要承重構件外形均是曲的，拱橋的設計為半圓形結構，兩端設置相應的橋墩，設計過程中把橋面重量轉移至橋墩上，見圖1。如果有物體經過橋頂時，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對物體支持力的合力提供。當物體處在失重狀態，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，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受到拉力的影響。必須注意，拱橋的半圓越大，下側遭受拉力的影響更大。

圖1 拱橋力學原理簡圖

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與兩岸纜索為結構的稱重構件，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向力的影響，其結構可做得非常纖細，加之，懸索對塔架還有發揮一定的穩定作用。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，見圖2。根據不同的需求設計相應的橋梁，橋梁設計時，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生的影響，這些研究都為我們日后學習橋梁設計相關知識打下堅實的基礎。通常情況下，索橋主要承重構件處在錨固的鎖定上，少數設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系，可通過調整矢跨比調節主梁內的水平力。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。

圖2 懸索橋力學原理效果圖

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，探討預應力與混凝土施工相互結合，本應使用強度相等的預應力鋼材。為實施恰當的編束，先要把預應力筋梳理順直，方可預防預應力筋在張拉或穿孔操作中出現互相纏繞引發不均勻受力。入股鋼絲受力不均勻，非常容易被拉斷，從而產生不必要的損失。從力學角度分析，努力使合力作用線處在核心截面構件之內，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。在力學原理的結合下，分階段對稱張拉能獲得良好的張拉效果，降低出現問題的可能性。預應力設計、建設是工程預應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計內容，從而達到預期的設計效果。

2.模板與支架安裝

從設計學角度分析，橋梁的安全性、可靠性是整個施工重點關注的內容，模板安裝設計應在進行受力分析基礎上，保障支架構造的安全性。由于現場施工中，荷載處于不斷變化的狀態，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、模板驗收等內容。由力學原理可知，如果受力不均勻，極易導致支架基礎不牢固，從而發生變形。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嚴格按照技術的要求，根據設計順序完成查處操作，防止不利受力引起嚴重的破壞。

總之，橋梁是我們日常生活重要的一部分，它能夠幫助人們穿越河流、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、懸索橋及其施工環節中的應用，以期為橋梁工程施工提供一定的指導。

［1］鄧子含.橋梁的類型與設計中的受力研究［J］.綠色科技，2016.

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

·編輯 孫玲娟