【教案1】大跨径拱桥材料探究

2023-05-19物理

同学们,刚刚我们完成了新中国成立以来的现代拱桥的调查环节,看到那么多跨境的世界第一诞生在中国,作为一名桥梁人心潮澎湃。从之前学习的一座座象征东方文化意蕴的传统拱桥到现代拱桥,我想大家一定感受到了拱桥由于受力优越、材料来源丰富等众多的优点,穿越千年而显示出的巨大生命力。那么接下来呀,为了检验一下大家刚刚的调查情况,老师给每一位小组发放了一张拱桥的年份跨境坐标图,当中的每一个点都代表了一座拱桥,请大家结合刚才的调查,将采用相同材料的拱桥连成线,并讨论一下通过不同的曲线你能发现哪些现象。完成以后请拍照上传到执教云。好,请开始。来我们我们打按桥梁的。

注意是按照材质进行分类,可以把刚才的调查呢,先按照材质梳理一下,按照材料的分析是收集的是不同的材质可以用不同的颜色啊,这样可以更加便于观察,好,谢谢老师,15条,15条有没有拍照上传,我们刚刚细泡画完曲线,我们现在好的那讨论一下,看能不能归纳出一些特点,好的来看一下,根据一些材料来可以。

完成以后啊,大家可以回到座位了。好,通过老师刚刚的检查呀,除了第四组漏掉一个点以后,需要细心检查以外啊,其他的组呢,都是完成正确的,那么大家通过讨论有没有发现什么现象呢?有没有哪位同学想要来说一说?一帆,你来说一下吧,老师,我们小组一共画作三条曲线,我们发现他们的跨径都在随着时间的推移而增长,其中跨径最大是钢管混凝度拱桥好,请坐一帆同学啊,观察的很仔细,那么接下来呀,让我们共同看一看这幅图。我们可以看到,这是根据中国拱桥的世界新高所绘制的拱桥的跨境曲线图。

那么三条曲线的增长趋势都是上升的,但每一条曲线的增长速度却有着很大的不同。其中啊石拱桥的增速比较缓慢,而钢筋混凝土拱桥的增速有所增长,但增幅有限。我们再来看第三条曲线,钢管混凝土拱桥,让拱桥的跨径出现了质的飞跃,短短的30年间,从115米上升到了575米。增长了足足有四倍之多。同学们心中一定会有一个疑问。钢管混凝土到底是一种什么样的材料?为什么它能让拱桥的跨径出现如此大的变化呢?让我们来看一看钢管混凝土啊是由圆形的薄壁钢管内填充混凝土而形成的一种复合材料,其中外侧的钢管啊是由钢板卷直的直接焊缝组成,内部灌注的。

是C40到C80的混凝土。那么现在大屏幕上的就是刚才曲线当中的最高点,当今世界第一拱跨径575米的平南三桥,也是我们本单元的学习对象。这座拱桥的施工过程啊,采用了众多世界领先的创新技术,都离不开钢管混凝土。那么接下来呢,同学们要想学习好这些技术啊,首先要对材料本身建立深刻的认识。为了让大家更好的掌握它的力学性能,接下来呢,我们做一个小实验。在每一组的桌上有四组事件,它们形状相同,尺寸相同,分别是用粘土和塑料管模拟了塑混凝土、钢筋混凝土、钢管以及钢管混凝土。那么接下来请大家用桌上的砝码给每一组事件加压。

投票选出你认为承压能力最强的那组事件,好,开始吧,来,我开始开始我的第一个先开始凝土可以考虑级加载化显发生了非常的明显压的事,刚注意加压的过程啊,尽量靠近轴心的位置,控制一下速率,钢管钢管,这是模拟钢管是吧,钢管这个容加加模很明显的翘取试一试。

模拟的钢管混凝土呢,下月一号,诶这个它们没有变动,没有一点变化都没有,现象很明显,好,那可以投票了,投票吧。投票。哇,看到大家把票都投给了模拟的钢管混凝土,那么真实的现象是怎样的呢?现在我们在大屏幕上看到的就是四组时间真实的加压过程,可以看到非常明显的破坏特征。混凝土出现了纵向的贯通裂缝,钢管被压区还有外凸的趋势。我们现在看到的四条曲线呢,就是通过实验得出的四组。

在为理曲线其中有两个特征值得我们注意,第一,代表着钢管混凝土的红色曲线,它的极值点最高,说明钢管混凝土的承载能力是最强的。第二,我们可以看到这条曲线的下降趋势啊,是非常缓和的,说明材料的延性很好,那这也符合当代工程的设计理念。接下来让我们的理论上进行一下分析。钢管混凝土当中,外侧的钢管既可以充当纵向钢筋,也可以充当横向钢筋,所以它对核心的混凝土啊,会产生一种套箍的作用。如果我们在核心的区域取出一个微圆体来,由于钢管的套箍作用,所以在受压的过程当中,混凝土处于三项受压状态。如果大家对于这个三项受压还有疑问的话,我们来看一下这样的画面。

对,这是中国选手在奥运会上夺冠的场景,大家一定看到了,他的腰部系了一根腰带,就是这根腰带啊,让运动员的腰部肌肉处于三项受压状态,所以提高了他的举重能力。我们再来看一看,这是拱桥的简化力学模型,那拱桥啊,是一种以承受轴向压力为主的桥形,这也是它区别于其他三种桥形的显著特征。这与钢管混凝土优越的承压能力。是完美契合的。讲到这里,我想大家之前心中的疑问应该有了答案。那么接下来我们所看到的这两张黑白照片当中的拱桥啊,就是世界上第一座和第二座钢管混凝土拱桥,分别在1937年和1939年建于苏联,是不是这两座拱桥就此拉开了世界?修建钢管混凝土。

拱桥的大墓呢?事实上啊,在之后长达半个世纪50年之内,都没有出现第三座同样类型的拱桥。这又是为什么呢?要弄清楚这个问题呀,我们得说一说过过工程师对于拱桥的施工方法以及机理长期的研究与探索。这里呀,我们要讲到一位老人的故事,老人今年已结耄耋之年。24岁,于路桥氏也结下了不解之缘,他首创的方法成为传统拱桥和现代拱桥的分水岭。那么接下来就让我们一同走进无支架施工方法。

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