《桥的形状和结构》知识清单

《桥的形状和结构》知识清单一、课程导入：过桥的经历有一次我去一个美丽的古镇游玩，那里有好多古桥。当我走在桥上的时候，就忍不住想，这桥看起来普普通通的，为啥能在这儿立这么多年呢？而且有的桥弯弯的，有的桥是平的，这形状里面是不是有啥学问呢？这就像我们生活中的好多东西，看起来简单，其实里面藏着好多知识呢。今天咱们就来好好研究一下桥的形状和结构。二、桥的形状（一）梁桥1、特点梁桥是最常见的一种桥，它就像一个长长的板子架在两边的桥墩上。梁桥的桥面是平的，就像我们平时走的马路一样平平整整的。它的受力主要是靠桥面把重量传给桥墩。比如说，我们常见的那种公园里小湖上的石桥，就是梁桥。重点：梁桥的承重能力和它的桥面材料、桥墩的间距有关系。如果桥面材料结实，桥墩间距合适，它就能承受更重的东西。就像我在古镇看到的一座梁桥，它的桥面是很厚的石板，桥墩间隔大概有5米左右，人在上面走感觉稳稳当当的。可是有个地方的桥墩坏了一个，那一块的桥面就有点往下陷了，这就说明桥墩对梁桥的支撑很重要。2、梁桥的变形连续梁桥连续梁桥是梁桥的一种变形。它是由多个梁桥连接在一起的，中间没有断开。这种桥的好处是它的受力更均匀。比如说有一座很长的连续梁桥，它有好几个桥墩，桥面上的汽车开来开去，重量就被分散到各个桥墩上，不像单个梁桥，某个桥墩要是承受的重量太大就容易出问题。（二）拱桥1、形状特点拱桥的形状就像一个弯弯的月亮或者是彩虹。它的桥面是弧形的。拱桥的两边有桥台，中间有拱圈。比如说赵州桥，那可是很有名的拱桥。它的拱圈就像一个大大的半圆，特别壮观。重点：拱桥的承重原理是把桥面上的重量通过拱圈传递到桥台和基础上。这个拱圈就像一个很有力的大手，把上面的重量分散开。我在一个景区看到一个小拱桥，有人在上面跳来跳去，我就担心桥会塌。但是桥一点事儿都没有，因为拱桥的结构很奇妙，它能把人的重量分散到桥的各个部分。2、不同类型的拱桥按照拱圈的数量分，有单拱、双拱和多拱。单拱拱桥就像一个独立的彩虹，只有一个拱圈，像赵州桥就是单拱的。双拱拱桥就有两个拱圈，看起来更加稳固。多拱拱桥就有好几个拱圈，比如卢沟桥，有好多拱圈，就像一串弯弯的月亮连在一起。按照拱的形状分，有圆弧拱、抛物线拱等。圆弧拱就像我们平时画的那种标准的半圆，抛物线拱的形状就像把一个球抛出去在空中划过的曲线。不同形状的拱在受力和美观上都有不同的特点。（三）吊桥1、结构特点吊桥看起来就很特别，它有高高的桥塔，然后用很多根钢索把桥面吊起来。就像那种在山谷之间或者大河之上的吊桥，走在上面还会晃晃悠悠的。吊桥的钢索是很关键的部分，它承担着把桥面和桥塔连接起来并且承受重量的任务。重点：吊桥的承重是靠钢索的拉力和桥塔的支撑力。桥塔要足够坚固才能承受钢索的拉力，钢索也要足够结实才能吊起桥面。我有一次在一个冒险乐园玩，那里有一个小型的吊桥，我走上去的时候，感觉桥在晃，往下一看，那些钢索拉得紧紧的，桥塔也稳稳地立在那里。要是钢索或者桥塔出了问题，那这个吊桥可就危险了。2、吊桥的类型按照吊索的布置方式分，有垂直吊桥和斜拉吊桥。垂直吊桥的吊索是垂直向下的，直接把桥面吊起来。斜拉吊桥的吊索是斜着的，它的桥塔通常比较高，斜拉索从桥塔上斜着拉到桥面上，这种桥看起来更加现代化，而且能跨越更宽的距离。三、桥的结构（一）上部结构1、桥面系桥面系包括桥面铺装、栏杆等部分。桥面铺装就像桥的衣服，它可以是沥青的、水泥的或者是木板的。比如说我们城市里的一些现代桥梁，桥面铺装大多是沥青的，这样汽车行驶起来比较平稳。栏杆则是起到保护的作用，防止人和车辆掉到桥下。我看到有的桥上的栏杆雕刻得特别精美，既有保护作用又有装饰性。2、桥跨结构桥跨结构是桥的主要承重部分，不同形状的桥，桥跨结构不一样。对于梁桥来说，桥跨结构就是梁；对于拱桥来说，就是拱圈；对于吊桥来说，就是钢索和被吊起的桥面部分。桥跨结构的好坏直接影响桥的使用寿命和承重能力。就像前面说的那个古镇的梁桥，如果梁坏了，那整座桥就危险了。（二）下部结构1、桥墩和桥台桥墩是支撑桥跨结构的，它在桥的中间。桥台是在桥的两端，和路堤相连。桥墩和桥台都要承受很大的压力，所以它们的基础一定要打得很牢固。我看到有些桥的桥墩特别粗，就是为了能更好地支撑桥。而且桥墩和桥台的形状也有讲究，有的是圆形的，有的是方形的，不同的形状在不同的水流和地质条件下有不同的优势。2、基础基础是桥墩和桥台的根基，就像房子的地基一样重要。基础的类型有很多种，比如扩大基础、桩基础等。扩大基础就像把桥墩或者桥台下面的面积做得很大，这样就能把重量分散到更大的面积上。桩基础就是在地下打很多桩，把桥墩或者桥台固定在桩上，这种基础适合在软土地基或者水流比较急的地方。四、桥的形状和结构与环境的关系（一）地形影响1、在山区如果是在山区建桥，地形起伏比较大，山谷比较深。这时候拱桥和吊桥就比较合适。拱桥可以利用山谷的地形，把拱脚建在两边的山坡上，这样就不需要太多的桥墩。吊桥更是适合在山区的深谷之间，只要在两边的山上建立桥塔，就可以用钢索把桥面吊起来跨越山谷。比如在一些山区的旅游景点，就有很多这样的吊桥，既方便游客通行，又不破坏山区的自然环境。2、在平原地区平原地区地势平坦，梁桥就比较常见。因为梁桥的建造相对简单，不需要考虑太多的地形起伏。而且梁桥可以根据需要建造得很长，适合在平原地区跨越河流或者道路。像很多城市里的跨河大桥，很多都是梁桥，它们可以把城市的各个区域连接起来。（二）水文影响1、水流速度慢的河流在水流速度慢的河流上，桥墩的基础可以相对简单一些。梁桥和拱桥都可以建造。但是如果考虑到美观和通航等因素，拱桥可能会更合适。因为拱桥下面的空间比较大，可以让船只顺利通过，而且拱桥本身也是一道美丽的风景。2、水流速度快的河流对于水流速度快的河流，桥墩的基础要更加牢固，而且要考虑水流对桥墩的冲击力。这时候吊桥或者大跨度的拱桥比较合适。吊桥的桥墩基础可以避开水流的直接冲击，大跨度的拱桥可以减少桥墩的数量，从而减少水流对桥墩的影响。（三）交通需求影响1、小型交通量如果是在一些乡村或者小景区，交通量比较小，小型的梁桥或者简单的拱桥就可以满足需求。比如说一个小村庄里的小桥，只需要供村民和少量游客通行，不需要太复杂的结构，建造一个简单的梁桥或者单拱的小拱桥就足够了。2、大型交通量在城市的主干道或者高速公路上，交通量很大，需要建造大型的、承重能力强的桥。梁桥可以通过增加桥墩的数量或者采用连续梁桥的形式来提高承重能力。吊桥也可以通过增加钢索的数量和强度来适应大型交通量。而且这些桥的宽度也要足够，以满足车辆的通行需求。五、桥的稳定性和安全性（一）稳定性因素1、结构的合理性一座桥的结构设计必须合理。比如说拱桥的拱圈的形状、厚度，梁桥的梁的截面形状和尺寸，吊桥的钢索的布置和桥塔的高度等都要经过精确的计算。如果结构不合理，桥就容易变形或者倒塌。就像我之前看到的一个没有建好的小石桥，它的梁的厚度不够，结果在施工的时候就断了，这就是结构不合理的后果。2、材料的质量桥的材料质量也很关键。无论是梁桥的桥面材料、拱桥的拱圈材料还是吊桥的钢索材料，都要符合质量标准。如果材料质量不好，就像用了劣质的钢材做吊桥的钢索，那钢索可能会断裂，导致桥的危险。我听说有个地方的桥因为使用了不合格的水泥，结果没过多久桥就出现了裂缝，这就是材料质量问题。（二）安全性维护1、定期检查桥要定期进行检查，看看有没有裂缝、变形或者材料老化等问题。就像我们定期去医院体检一样，桥也要定期“体检”。检查人员会用各种仪器来检测桥的各个部分。比如说用超声波检测仪来检测桥墩内部有没有裂缝，用应变仪来检测桥跨结构的受力情况等。2、维修和加固如果在检查中发现了问题，就要及时进行维修和加固。如果是桥面有裂缝，就需要修补裂缝；如果是桥墩基础不稳，就要加固基础。比如说有一座老桥，桥墩因为河水的冲刷有点倾斜了，工程师们就采用了在桥墩周围打桩加固的方法，让桥墩重新稳固起来。六、典型问题1、为什么拱桥的拱圈是弧形的就能承受很大的重量呢？这是因为拱桥的拱圈是弧形的，当桥面上有重量的时候，这个重量会沿着拱圈的曲线传递到桥台和基础上。就像我们把一个球放在一个弧形的碗里，球的重量会均匀地分散到碗的边缘。同样的道理，拱圈上的重量也会被均匀地分散，所以它能承受很大的重量。比如说赵州桥，它的拱圈形状经过精心设计，能够承受这么多年来行人和车辆的重量。2、吊桥的钢索是如何承受桥面重量的呢？吊桥的钢索是通过拉力来承受桥面重量的。当桥面有重量的时候，这个重量会使钢索产生拉力，而钢索的拉力又会传递到桥塔上。桥塔足够坚固就能承受钢索的拉力，从而保证桥的稳定。就像我们用绳子吊起一个重物，绳子会被拉直产生拉力，吊桥的钢索也是这个道理。3、在软土地基上建桥，哪种基础比较合适呢？在软土地基上建桥，桩基础比较合适。因为软土地基比较松软，不能很好地承受桥墩或者桥台的重量。桩基础可以把桥墩或者桥台的重量通过桩传递到更深的、更坚固的地层上。就像我们在沙滩上插一根棍子，棍子很容易倒，但是如果我们把棍子插到沙滩下面的硬土层里，棍子就会很稳固。桩基础就相当于把桥墩或者桥台插到软土地基下面的硬土层里。七、相关习题1、梁桥的承重能力和哪些因素有关？答案：梁桥的承重能力和它的桥面材料、桥墩的间距有关系。如果桥面材料结实，桥墩间距合适，它就能承受更重的东西。2、拱桥按照拱圈的数量可以分为哪几种？答案：按照拱圈的数量分，有单拱、双拱和多拱。3、吊桥的承重是靠什么力量？答案：吊桥的承重是靠钢索的拉力和桥塔的支撑力。4、在山区建桥，为什么拱桥和吊桥比较合适？答案：在山区建桥，地形起伏比较大，山谷比较深。拱桥可以利用山谷的地形，把拱脚建在两边的山坡上，这样就不需要太多的桥墩。吊桥更是适合在山区的深谷之间，只要在两边的山上建立桥塔，就可以用钢索把桥面吊起来跨越山谷。5、桥的稳定性和哪些因素有关？答案：桥的稳定性和结构的合理性、材料的质量有关。结构设计必须合理，包括拱桥的拱圈的形状、厚度，梁桥的梁的截面形状和尺寸，吊桥的钢索的布置和桥塔的高度等都要经过精确的计算；材料质量也要符合标准，无论是梁桥的桥面材料、拱桥的拱圈材料还是吊桥的钢索材料都要质量合格。6、桥的上部结构包括哪些部分？答案：桥的上部结构包括桥面系和桥跨结构。桥面系包括桥面铺装、栏杆等部分；桥跨结构是桥的主要承重部分，不同形状的桥，桥跨结构不一样，对于梁桥来说，桥跨结构就是梁；对于拱桥来说，就是拱圈；对于吊桥来说，就是钢索和被吊起的桥面部分。7、在水流速度快的河流上建桥，应该考虑哪些因素？答案：在水流速度快的河流上建桥，要考虑桥墩的基础要更加牢固，而且要考虑水流对桥墩的冲击力。这时候吊桥或者大跨度的拱桥比较合适。吊桥的桥墩基础可以避开水流的直接冲击，大跨度的拱桥可以减少桥墩的数量，从而减少水流对桥墩的影响。8、如果发现桥有裂缝，应该怎么做？答案