<p class="ql-block"> 2023年8月2日，天气晴，妈妈带我和妹妹出门玩。在旅途中，我见到了很多桥墩。不知道大家平时有没有留意过，我们平时常见的桥墩基本都是圆柱体的，包括高铁的高架桥桥墩也是圆柱体的，那这是为什么？为什么不是三角体的或正方体的呢？</p> 目录 <p class="ql-block">1.什么是桥墩？</p><p class="ql-block">2.桥墩的作用</p><p class="ql-block">3.了解圆柱桥墩受力更加均匀的知识</p><p class="ql-block">4.对比实验，模拟不同形状的桥墩承重能力</p><p class="ql-block">5.模拟实验，气流对圆柱体桥墩的影响</p><p class="ql-block">6.圆柱体桥墩的补充说明</p><p class="ql-block">7.思考延伸</p> 什么是桥墩？ <p class="ql-block">桥墩是支承桥跨结构并将恒截和车辆活载传至地基的亚筑物，桥梁下面支承桥身的墩子，起承重作用，用石头或钢筋混凝士等做成。</p> 桥墩的作用 <p class="ql-block">桥墩的作用主要有以下几个方面：</p><p class="ql-block">1. 支承桥跨结构，桥墩在桥梁结构中起到支撑桥梁上部结构的作用，将荷载有效地传递给地基基础。</p><p class="ql-block">2. 防止路堤滑场，桥墩需要与路堤街接，并防止路堤滑坡，以保护桥台和路堤填土。</p><p class="ql-block">3. 防护和导流工程，为了保护桥台和路堤填土，桥墩两侧常做一些防护和导流工程 。</p><p class="ql-block">4. 决定桥跨结构在平面上和高程上的位置，桥墩的形状和高度会影响桥梁的跨度，桥墩起着承上启下的作用。</p> 圆柱体受力的知识 <p class="ql-block"> 在生活中，我们的桥墩大多是圆柱体的。因为圆柱体的承受力最大，圆柱没有因为转角和接角处所，所以支撑力大于其他柱体。我们知道，国外的一些古堡为了防止敌人破坏而改成圆柱形，无论敌人在任何一个地方挖墙的土架，古堡都不会立即倒下，但是若两边的棱角被挖空，则古堡很容易倒塌。</p><p class="ql-block"> 圆柱有一个很好的受力点就是他各处所受到的力是十分均匀和对称的，这样可以保证接触面不易损坏，假如做成三棱柱或四棱柱棱柱，那么棱角处的受力会特别大，特别容易破裂。棱柱越多，每个分层的棱柱受力点就越大，因此圆柱体比三棱柱、四棱柱受力更大。所以，桥墩形状越接近圆柱体，桥梁就越牢固稳定。</p> 承重力对比实验 <p class="ql-block"><span style="font-size: 22px;">1.</span><span style="font-size: 18px;">实验准备：A4纸15张、重量大小相等的书若干本、透明胶、笔、尺子</span></p><p class="ql-block"><br></p> <p class="ql-block">准备制作三种形状的纸筒：圆柱体、长方体</p><p class="ql-block">和三角体。先制作三角体，将纸张沿着长度方向</p><p class="ql-block">分成3等分。我使用的是210×297mm的A4纸。三角边长为9.9cm</p> <p class="ql-block">沿着画线折叠并用透明胶粘成三角体</p> <p class="ql-block">然后我们来制作长方体，沿着纸张长度方向分成四等分，每条边长为7.425cm</p> <p class="ql-block">将四等分的A4纸用透明胶粘好，长方体也制作完成了</p> <p class="ql-block">最后制作圆柱体，直接沿着纸的宽边用透明胶固定粘住</p> <p class="ql-block"> 由于纸做成的柱体被重物压皱后,承受力大幅度下降,会妨碍所得数据的准确性，所以我们每次实验过程的三种柱体都要重新制作。</p> <p class="ql-block"><span style="font-size: 22px;">2.</span>实验过程：首先在三角体上依次放上书本，书本要放在三角体的正上方，书本尽量不要倾斜。一本二本三本……当三角体放到第六本书时，三角体倒塌了，所以它承受了五本书的重量。（重复五次并记录数据）</p> <p class="ql-block"> 然后在长方体上依次放上书本，书本要放在长方体的正上方，书本尽量不要倾斜。一本二本三本……长方体放到第十本书时，长方体倒塌了，所以它承受了九本书的重量。（重复五次并记录数据）</p> <p class="ql-block">最后在圆柱体上依次放上书本，书本要放在圆柱体的正上方，书本尽量不要倾斜。一本二本三本……当圆柱体放到第二十四本书时，圆柱体倒塌了，所以它承受了二十三本书的重量。（重复五次并记录数据）</p> <p class="ql-block">每本书的重量=1.25÷5=0.25kg </p> <p class="ql-block"> 重复五次实验后得知：三角体平均承受5.4本书的重量，长方体平均承受8.8本书的重量，圆柱体平均承受23本书的重量。所以圆柱体的承重力最大。</p> <p class="ql-block"><span style="font-size: 22px;">3.</span>实验原理： 因为三角体只有三条边支撑，长方体有四条边支撑，而圆柱体有无数条边支撑，所以圆柱体的承重能力最强。圆柱体有很好的受力特性，就是它各处所受到的力是十分均匀和对称的。这样可以保证接触面不易损坏。而长方体和三角体，它们在棱角处受到的力会特别大，非常容易倒塌。</p> 气流模拟实验 <p class="ql-block">1.实验准备：圆筒、泡沫板、蜡烛、打火机、杯子（台子）。 圆筒的高度16cm、直径7cm，泡沫板的长宽为16cm、7cm,杯子加烛台的高度为10.5cm</p> <p class="ql-block">2.实验过程：先用打火机把蜡烛点燃，再将泡沫板放到距离蜡烛10cm的前方，并隔着泡沫板向蜡烛吹气，在非常用力吹了10次后，蜡烛上面的火苗也只是窜动了几下，并没有熄灭。</p> <p class="ql-block"> 接着再把圆筒放到距离蜡烛10cm的前面，隔着圆筒向它吹气，稍微吹一次气，蜡烛上的火焰就被吹灭了。</p> <p class="ql-block">3.实验原理：这是因为当一股气流向圆柱体吹去时，气流会被圆柱体分成两股，而经过圆柱体以后，它又会合并成一股气流，并向蜡烛吹去，把蜡烛吹灭。这样圆柱体的风阻会变小。如果桥墩设计成其他的形状，那么大部分的气流都吹在了桥墩面上，从而增大了它的受力面积，会造成桥墩不稳定。</p> 圆柱体桥墩的补充说明 <p class="ql-block">1. 圆柱体桥墩的设计还需要考虑到其在水中的稳定性。在水中,圆柱体桥墩需要承受来自水流的冲击力和浮力。因此,在设计圆柱体桥墩时,需要考虑到其重心的位置和底部的形状。一般来说,圆柱体桥墩的重心应该尽可能地靠近底部,以增加其稳定性。此外,底部的形状也应该设计成锥形或扁平形，以减小水流对桥墩的冲击力。</p><p class="ql-block">2. 圆柱体桥墩的设计还需要考虑到其在地面上的稳定性。在地面上,圆柱体桥墩还需要承受来自地震和风力的荷载。因此,在设计圆柱体桥墩时,还需要考虑到其基础的深度和直径。一般来说,圆柱体桥墩的基础应该深入地下,以增加其稳定性。</p> 思考延伸 <p class="ql-block"> 即使是在古代，设计师们也明白这个道理，古代的石拱桥最多了，虽然没有圆柱形的桥墩，但桥下过水的地方都会设计成弧形的，这种流线型设计也是为了减少水流及风力的冲击。在科技越来越发达的现代，因为材料及技术的升级，设计师在设计大桥时开始追求美感，出现了各种各样的造型，不过如果你仔细观察，仍然会发现一些流线型设计。</p> END