橋梁里的“小心思”

彭皓

你知道嗎，在最新的“世界十大最高橋梁榜”中，中國(guó)的橋梁占了九座，幾乎霸榜。我們的祖國(guó)越來(lái)越強(qiáng)大了！

但是這些上榜的橋大多為懸索橋、斜拉橋，那我們平時(shí)常見(jiàn)的拱橋都去哪兒了？而且老師教過(guò)我們，三角形是最穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，可是為什么沒(méi)有三角形的橋呢？那樣建出來(lái)的橋不是更穩(wěn)固嗎？別著急，今天就由我來(lái)帶大家了解一下橋梁里的“小心思”吧！

三角形為什么穩(wěn)定？

如果我們用木條和釘子做一個(gè)三角形，然后扭動(dòng)它，會(huì)發(fā)現(xiàn)它是固定的，無(wú)法扭動(dòng)。這是為什么呢？

確定一條直線需要兩個(gè)點(diǎn)。

確定一個(gè)平面只需要三個(gè)點(diǎn)。

也就是說(shuō)，一個(gè)三角形只能存在于一個(gè)平面中。當(dāng)三角形三條邊的長(zhǎng)度都確定的時(shí)候，三角形的面積和形狀就完全確定了，這個(gè)性質(zhì)叫作三角形的穩(wěn)定性。

三角形的三條邊中，任意一條邊與其他兩條邊之間分別只有一個(gè)交點(diǎn)。如果其中一條邊變化，則其他兩條邊都會(huì)相應(yīng)變化，并且這種變化具有唯一性。因此無(wú)論三角形的兩條邊怎樣變化，第三條邊都不會(huì)彎折。這就是三角形“穩(wěn)如泰山”的秘密。

“長(zhǎng)壽”橋

我們見(jiàn)到的中國(guó)古代橋梁多為拱橋，難道古人對(duì)拱形情有獨(dú)鐘？為什么不選用更穩(wěn)定的三角形呢？

拱橋指的是在豎直平面內(nèi)以拱作為結(jié)構(gòu)主要承重構(gòu)件的橋梁，因?yàn)闃蛏硎菑澢?，所以也叫曲橋。拱橋外形?yōu)美，我們經(jīng)常能在園林中看見(jiàn)它。

拱橋不僅美觀，還很牢固。車(chē)輛經(jīng)過(guò)拱橋的時(shí)候，由車(chē)輛的重力（G）和橋的支撐力（FN）提供了一個(gè)向心力F，這能減少拱橋所承受的壓力，延長(zhǎng)橋的壽命。所以，并不是古人偏心，獨(dú)“寵”拱橋，而是因?yàn)楣皹蚰穷B強(qiáng)的“生命力”，使它得以大量地留存至今。而且拱形的表面比三角形的表面更加平緩，方便游人和車(chē)輛通行。

湖北省四渡河大橋是世界上第二高的橋，高560米，約有180層樓那么高。更特別的是，這是世界上首座有火箭參與修建的橋梁。

通往未來(lái)的橋

既然拱形有這么多優(yōu)點(diǎn)，那為什么世界上第二高的橋——四渡河大橋不是拱形的呢？現(xiàn)在請(qǐng)你仔細(xì)回想一下，當(dāng)你行走在拱橋上時(shí)，是不是比走平路更加費(fèi)力？

這是因?yàn)楣靶斡幸粋€(gè)爬升高度，會(huì)比平坦的地面讓人消耗更多的能量。與拱橋相比，平坦筆直的橋面更適合汽車(chē)高速行駛。

工程師們給四渡河大橋設(shè)計(jì)了魚(yú)鰭形的主梁。魚(yú)鰭形的主梁能改善受力結(jié)構(gòu)，不僅節(jié)約鋼材，穩(wěn)定性也更強(qiáng)，還可以抵擋峽谷里大風(fēng)沒(méi)日沒(méi)夜的“騷擾”。如果大橋建成拱形結(jié)構(gòu)，不僅會(huì)損耗大量鋼材，并且不如魚(yú)鰭形穩(wěn)定。

你發(fā)現(xiàn)了嗎，四渡河大橋側(cè)面的鋼索與橋連成的圖形，正是一個(gè)個(gè)三角形！這也是四渡河大橋如此穩(wěn)固的秘密之一。沒(méi)想到四渡河大橋的“小心思”竟然藏得這么深。

話說(shuō)回來(lái)，修建這種新式橋梁的投資非常高，工程難度非常大，費(fèi)時(shí)又費(fèi)力。那么在全國(guó)各地修建這么多橋，真的值得嗎？

當(dāng)然值得！這些高難度的大橋大多修建在崎嶇的山間，修建好大橋后，以前需要跋山涉水走好幾天的路，現(xiàn)在只需要幾個(gè)小時(shí)。這樣，山里的農(nóng)作物能更快賣(mài)到山外，農(nóng)民伯伯的錢(qián)袋子就能鼓起來(lái)了。