桥梁的主要应力是桥面的荷载重量和自身重量,都是垂直向下的。拱可以将竖向应力传递给横向桥墩或岸边地面,可以拓宽桥下航道宽度,减少桥墩数量。因此,大多数桥梁被设计成拱形。
桥梁是指竖立在江河湖海之上,供车辆和人员顺利通行的建筑物,在日常生活中经常可以看到。
而且,种类繁多。根据用途,有铁路桥、公路桥、公铁两用桥和人行桥。按障碍分,有河桥、谷桥、跨线桥。
简而言之,它们是一种很常见的存在。
那么,你有没有发现,这些桥大多都有一个共同的特点,就是都是拱形的。你知道为什么吗?
我们一生中见过许多桥梁。
这些桥大多被设计成拱形。为什么?为什么不设计成凹形呢?此外,拱形桥会给交通带来不便。
因为如果是跨度短的桥没关系,但是如果是跨度大的桥,就会有很高的拱顶,会导致坡度很大。因此,行人或车辆通过非常不方便。【/br/】如果设计成凹桥,车子也会省油,因为车子下去的时候会有一个向前的力,有一定的势能,可以帮助它顺利到达桥的另一端。
难道我们的桥梁专家不明白这一点吗?
其实我们的桥梁专家怎么会不明白,设计一个拱门,不仅仅是美观,还包含一定的力学原理。
之所以设计拱桥,是因为汽车经过时,桥上的压力比较小,桥身需要的支撑力也小。
另一方面,凹桥承受的压力更大,桥身所需的支撑力也更大。
这是为什么?因为无论是拱桥还是凹桥,当汽车过桥时,汽车方向变化引起的向心加速度需要向心力F.
拱桥的中心在桥的下方,所以向心力是向下的,这样其自身重力mg和支撑力N1的合力是向下的,也就是支撑力小于重力,也就是拱桥承受重量。
F=Mg-N1,所以n1 = mg-f.
凹桥的中心在桥的上方,所以向心力F向上,使得重力Mg和支撑力N2的合力向上,即支撑力大于重力。
就是凹桥不重。
F = N2-毫克,所以N2 = F+毫克。
从这个角度来说,如果仅仅是为了给车省一点油而改变桥的设计,那么就没有抓住重点。
另外,我们也可以这么理解。
众所周知,球体比任何形状都要坚固。
因为球体的任何部分都受力,所以力可以均匀地分散到它的周围。
这就是为什么我们生活中常见的巨大储油罐要做成球形的原因。
还有我们生活中常见的灯泡。虽然它们是由易碎的玻璃制成的,但当它们被制成球形时会更坚固。
我们都有类似的经历。把蛋壳放在我们的手掌之间,挤压它的两端,并不会像我们想象的那么脆弱,但这需要很大的努力。
这也是因为球形更强。
球体也是几个拱门的组合,所以拱门也有这个特点。
这也是为什么桥要设计成拱形的原因,因为这样更坚固,可以分散应力,从而增加桥体的承载能力。
中国拱桥的代表是赵州桥,它位于河北赵县的渭河上。
这座桥建于隋朝,大约有1400年的历史了。它是由著名工匠李春设计和建造的。它是当今世界上最古老、保存最完好的古代石拱桥。