桥梁结构中的力学应用

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1、桥梁结构中的力学应用小组成员：王小刚马琳寒王泽伟邓方妍侯若岩世界著名大桥英国亨伯尔桥中国润扬长江公路大桥悉尼港大桥桥梁的组成桥梁主要由桥跨结构、桥墩、桥台、基础及桥头锥坡等部分组成。通常习惯将桥梁的桥跨称上部结构，将桥墩、桥台及其基础称为桥梁的下部结构。桥墩桥台桥头锥坡桥梁的基本类型及其受力梁桥梁式桥是以受弯为主的主梁作为主要承重构件的桥梁。梁桥的主要承重构件是梁（板）。在竖向荷载作用下，梁主要承受弯矩，墩台主要承受竖向压力。梁桥又可分为实腹梁和桁架梁。实腹梁承受弯矩和剪力；而桁架梁的杆件则主要承受轴向力。梁桥还可分为简支梁桥、连续梁桥和

2、悬臂梁等。桥梁的基本类型及其受力拱桥拱式桥是以承受轴向压力为主的拱(称为主拱圈)作为主要承重构件的桥梁。拱桥主要承重构件是拱圈。在竖向荷载作用下，拱圈主要承受压力，但也承受弯矩。拱桥墩台除承受竖向压力和弯矩外，还承受水平推力。赵州桥世界最大的钢拱桥上海卢浦大桥桥梁的基本类型及其受力刚架桥刚架桥上部结构和墩台（支柱）彼此连成一个整体，在竖向荷载作用下，柱脚产生竖向反力、水平反力和弯矩。这种桥的受力情况介于梁和拱之间。南京长江大桥江面上的正桥长1577米，其余为引桥，是我国桥梁之最。引桥采用富有中国特色的双孔双曲拱桥形式，平面曲线部分采用“曲

3、桥正做”做法，即采用直梁按曲线拼装，而不是直接使用曲线梁。桥梁的基本类型及其受力悬索桥悬桥又称吊桥，以缆索作为承重构件。它由主索、索塔、锚碇、吊索(或吊杆)、桥面等部分组成，在竖向荷载作用下，缆索只承受拉力，墩台除承受竖向反力外，还承受水平推力。主索一般用抗拉强度高的钢材制作，可以充分利用材料的强度，且具有用料省、自重轻等特点悬索桥的主要缺点是刚度小。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.

4、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斜拉桥它由主梁、斜拉紧主梁的钢索以及支承钢索的索塔等部分组成。斜拉桥的钢索拉成直线，与索塔、桥面(主梁)构成稳定的三角形结构；与具有多个桥墩的连续梁桥对照，一根(对)斜拉索就是代替一个桥墩的(弹性)支点，故主梁同弹性支承上的连续梁性能相似，其刚度比悬索桥大，而主梁跨径一般介于梁式桥与悬索桥之间。苏通大桥世界跨径最长的斜拉桥力学在桥梁工程中的应用成就19世纪中叶，工业革命使人类进入了工业社会，特别是在这一时期伴随牛顿力学的形成、微积分学的发展及欧洲工业化格局的形成，使得力

5、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一次飞跃。英国的不列颠尼亚箱粱桥、美国的布鲁克林悬索桥及英国的福斯悬臂桁架桥等桥梁是这一时期的杰出代表。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

6、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。力学在桥梁工程中的应用成就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1067.00m，1931年)，旧金山金门大桥(跨度为1280.00m，1937年)等都是这一时期的典型代表。第二次世界大战以后，德国、日本曾一度赶上了美国；

7、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。大桥于1933年1月5日开始施工，1937年4月完工。它跨越联接旧金山湾和太平洋的金门海峡，南端连接旧金山的北端，北端接通加州的马林县。金门大桥的桥墩跨距长1280.2米，建成时曾是世界上跨距最大的悬索桥，宽度27.5米，双向共6条行车线，桥身呈褐红色，金门大桥拥有世界第四高的桥塔，高达227.4米，全桥总长度是2737.4米。力学在桥梁工程中的应用成就多多罗大桥位于日本濑户内海，连接广岛县的生口岛及爱媛县的大三岛之间。大桥于19

8、99年竣工，同年5月1日启用，最高桥塔224米钢塔，主跨长890米，是当时世界上最长的斜拉桥，连引道全长为1480米，四线行车，并设行人及自行车专用通道。诺曼底大桥，由M.Virlogeux设