实践-调研桥梁建筑中的力平衡（课件26页）2025-2026学年八年级物理全册沪科版（2024）

(课件网) 一、调研背景与意义 桥梁是交通工程的重要组成部分，其安全与稳定直接关系到行车安全和交通畅通。桥梁在承受车辆荷载、自重、风力等多种力的作用时，必须处于平衡状态才能保证结构稳定。通过调研桥梁建筑中的力平衡现象，不仅能加深对二力平衡及多力平衡原理的理解，还能认识到物理知识在工程实践中的重要应用价值。 二、桥梁的主要受力类型 自重：桥梁自身结构（如梁体、桥墩、桥面等）的重力，是竖直向下的力，作用点在各部分结构的重心。 车辆荷载：行驶在桥梁上的车辆对桥面产生的压力，竖直向下，随车辆的行驶位置而变化。 支座反力：桥墩或桥台对桥梁梁体的支持力，方向竖直向上，与梁体受到的向下的力形成平衡。 风力：水平方向的力，对桥梁尤其是大跨度桥梁影响较大，可能导致桥梁的水平晃动。 浮力：对于跨越水域的桥梁，水下结构会受到水的浮力，方向竖直向上。 三、不同桥梁结构中的力平衡分析 （一）梁式桥的力平衡 结构特点：梁式桥主要由梁体和桥墩组成，梁体跨越桥墩，承受自重和车辆荷载。 力平衡状态： 竖直方向：梁体受到竖直向下的总重力（自身重力 + 车辆荷载）和桥墩提供的竖直向上的支座反力，这两个力大小相等、方向相反、作用在同一直线上，形成竖直方向的二力平衡，使梁体在竖直方向保持静止或匀速（车辆行驶时可近似看作动态平衡）。 水平方向：在不考虑风力等水平力时，梁体水平方向不受力或受力平衡，确保梁体不会在水平方向发生移动。 实例：常见的公路简支梁桥，每段梁体两端支撑在桥墩上，通过支座反力与梁体荷载平衡。 （二）拱桥的力平衡 结构特点：拱桥以拱圈为主要承重结构，通过拱脚将力传递给桥台。 力平衡状态： 拱圈受力：拱圈受到自身重力、桥面荷载产生的竖直向下的力，同时拱脚会对拱圈产生斜向上的支持力。这两个力的合力与拱圈受到的其他力平衡，使拱圈处于稳定状态。 拱脚与桥台的平衡：拱圈对拱脚产生向外的推力，桥台通过自身重力和地基的反作用力提供向内的约束力，这两个力大小相等、方向相反，形成水平方向的力平衡，防止拱脚外移。 实例：赵州桥作为经典的石拱桥，其拱圈结构通过力的传递与平衡，实现了千年不倒的奇迹。 （三）悬索桥的力平衡 结构特点：悬索桥由主缆、塔架、加劲梁和锚碇组成，主缆通过塔架悬挂加劲梁。 力平衡状态： 主缆受力：主缆受到加劲梁、桥面及车辆荷载传递的竖直向下的拉力，同时主缆两端的锚碇提供水平向内的拉力，使主缆处于张紧状态，这两个方向的力形成平衡。 塔架受力：塔架受到主缆斜向下的拉力，同时地基对塔架产生竖直向上的支持力和水平反作用力，这些力的合力为零，使塔架保持竖直稳定。 加劲梁受力：加劲梁受到竖直向下的重力和车辆荷载，以及主缆提供的竖直向上的拉力，二者平衡，保证加劲梁不会下垂或掉落。 实例：江阴长江大桥，主缆通过两端的锚碇固定，将桥面荷载传递到地基，实现了大跨度的跨越。 四、桥梁施工中的力平衡控制 基础施工阶段：在桥墩基础施工时，需保证基础所受的地基承载力与桥墩的总重力平衡，防止桥墩沉降或倾斜。例如，桩基础通过桩身与土壤的摩擦力和桩端阻力平衡桥墩的重力。 梁体架设阶段：架设梁体时，需通过吊装设备的拉力与梁体的重力平衡，确保梁体在吊装过程中保持平稳，避免碰撞或掉落。此时吊装拉力与梁体重力是一对平衡力，大小相等、方向相反。 桥面铺装阶段：铺装材料的铺设需均匀，使桥面荷载均匀分布在梁体上，保证梁体各部分受力平衡，避免局部受力过大导致结构损坏。 五、桥梁维护中的力平衡监测 荷载监测：通过安装传感器，实时监测桥梁承受的车辆荷载、风力等，确保实际受力不超过设计荷载，维持力的平衡状态。 结构 ... ...