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桥梁的分类
日期:2015-5-21 9:00:14 作者:佚名 来源:本站原创
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1.桥梁按受力体系分类

按照受力体系分类,桥梁有梁式桥、拱式桥、刚架桥、吊桥四种基本体系,其中梁式桥以受弯为主,拱式桥以受压为主,吊桥以受拉为主。另外,由上述四大基本体系的相互组合,派生出在受力上也具组合特征的组合体系桥型,如斜拉桥等。下面分别阐述各种桥梁体系的主要特点。

(1)梁式桥

梁式桥是一种在竖向荷载作用下无水平反力的结构。由于外力作用(永久作用和可变作用)的作用方向与承重结构的轴线接近垂直,因而与同样跨径的其他结构体系相比,梁桥内产生的弯矩最大,通常需用抗弯、抗拉能力强的材料来建造。对于中、小跨径桥梁,目前在公路上应用最广的是标准跨径的钢筋混凝土或预应力混凝土简支梁桥,施工方法有预制装配和现浇两种。这种梁桥的结构简单、施工方便,简支梁对地基承载力的要求也不高,钢筋混凝土及先张法预应力混凝土简支梁桥的常用跨径在25m以下;当跨径较大时,需采用后张法预应力混凝土简支梁桥,但跨度一般不超过50m。为了改善受力条件和使用性能,地质条件较好时,中、小跨径梁桥可修建等截面连续梁桥。对于很大跨径的大桥和特大桥,可采用预应力混凝土变截面梁桥、钢桥和钢一混凝土组合梁桥。

(2)拱式桥

拱式桥的主要承重结构是拱圈或拱肋(拱圈横截面设计成分离形式对称为拱肋)。拱式结构在竖向荷载作用下,桥墩和桥台将承受水平推力。同时,根据作用力和反作用力原理,墩台向拱圈(或拱肋)提供一对水平反力,这种水平反力将大大抵消在拱圈(或拱肋)内由荷载所引起的弯矩。因此,与同跨径的梁相比,拱的弯矩、剪力和变形都要小得多。鉴于拱桥的承重结构以受压为主,通常可用抗压能力强的圬工材料(如石料、混凝土)和钢筋混凝土等来建造。

拱桥不仅跨越能力很大,而且外形酷似彩虹卧波,十分美观,在地质情况许可的情况下,修建拱桥往往是经济合理的,一般在跨径500m以内均可作为比选方案。应当注意,为了确保拱桥的安全,下部结构和地基(特别是桥台)必须能经受住很大的水平推力作用。此外,与梁式桥不同,由于拱圈(或拱肋)在合龙前自身不能维持平衡,因而拱桥在施工过程中的难度和危险性要远大于梁式桥。

(3)钢架桥

刚架桥的主要承重结构是梁(或板)与立柱(或竖墙)整体结合在一起的刚架结构,梁和柱的连接处具有很大的刚性,以承担负弯矩的作用。所示的门式刚架桥,在竖向荷载作用下,柱脚处具有水平反力,梁部主要受弯,但弯矩值较同跨径的简支梁小,梁内还有轴压力 Ⅳ,因而其受力状态介于梁桥与拱桥之间。刚架桥的跨中建筑高度可做得较小,但普通钢筋混凝土修建的刚架桥在梁柱刚结处较易产生裂缝,需在该处多配钢筋。另外,门式刚架桥在温度变化时,内部易产生较大的附加内力,应引起重视。

所示的T形刚构桥(带挂孔的或不带挂孔的)是修建较大跨径混凝土桥梁曾采用的桥型,属静定或低次超静定结构。对于这种桥型,由于T构长悬臂处于一种不受约束的自由变形状态,在车辆荷载作用下,悬臂内的弯、扭应力均较大,受力比较复杂,当配筋不当时易产生裂缝。另外,由于混凝土徐变,会使悬臂端产生一定的下挠,从而在悬臂端部和挂梁的结合处形成一个折角,不仅会损坏伸缩缝,而且车辆在此跳车,给悬臂以附加冲击力,使行车不适,对桥梁受力也不利。目前这种桥型已较少采用。

连续刚构桥它是为避免设置大型支座和结构体系转换从连续梁桥而发展出来的一种桥型,属于多次超静定结构,在设计中一般应减小墩柱顶端的水平抗推刚度,使得温度变化下在结构内不致产生较大的附加内力。对于很长的桥,为了降低这种附加内力,往往在两侧的一个或数个边跨上设置滑动支座,从而形成的刚构一连续组合体系桥型。

当跨越陡峭河岸和深谷时,修建斜腿刚架桥往往既经济合理又造型轻巧美观。由于斜腿墩柱置于岸坡上,有较大斜角,中跨梁内的轴压力也很大,因而斜腿刚架桥的跨越能力比门式刚构桥要大得多,但斜腿的施工难度较直腿大些。

(4)吊桥(悬索桥)

吊桥是用悬挂在两边塔架上的强大缆索作为主要承重结构。在桥面系竖向荷载作用下,通过吊杆使缆索承受很大的拉力,缆索锚于吊桥两端的锚碇结构中。为了承受巨大的缆索拉力,锚碇结构需做得很大(重力式锚碇),或者依靠天然完整的岩体来承受水平拉力(隧道式锚碇)。缆索传至锚碇的拉力可分解为垂直和水平两个分力,因而吊桥也是具有水平反力(拉力)的结构。缆索一般由钢丝成股编制形成钢缆,以充分发挥其优良的抗拉性能。吊桥的承载系统包括缆索、塔柱和锚碇三部分,因此结构自重较轻,与其他桥型相比,吊桥具有较大的跨越能力。吊桥的另一特点是受力简单明了,成卷的钢缆易于运输,在将缆索架设完成后,便形成了一个强大稳定的结构支承系统,施工过程中的风险相对较小。吊桥的刚度较小,属柔性结构,在车辆荷载作用下,吊桥将产生较大的变形。例如跨度 1000m的吊桥,在车辆荷载作用下,1/4区域的最大挠度可达3m左右。另外,吊桥风致振动及稳定性在设计和施工中也需予以特别重视。

(5)组合体系桥梁

由拉、压、弯等几个基本受力体系的结构组合而成的桥梁称为组合体系桥梁。梁、拱组合体系(图1-7)中有系杆拱、桁架拱等。它们利用梁的受弯与拱的承压、吊杆或拉杆受拉的特点组成联合结构。在预应力混凝土结构中,因梁体内可以储备巨大的压力来承受拱的水平推力,使这类结构既具有拱的特点,又没有水平推力,故对地基要求不高,但这种结构施工复杂。

斜拉桥是由承压的塔、受拉的索与承弯压的梁体组合起来的一种结构体系。主要承重的主梁,由于斜拉索将主梁吊住,使主梁变成类似于多点弹性支承的连续梁,由此减小主梁截面弯矩和梁高,增加桥跨跨径。斜拉桥的受力特点是:受拉的斜索将主梁多点吊起,并将主梁的永久荷载作用和车辆等其他荷载作用传至塔柱,再通过塔柱基础传至地基。塔柱基本上以受压为主。主梁同时受到斜拉索竖向和水平分力的作用,为偏心受压构件。斜拉桥属于高次超静定结构,主梁所受弯矩大小与斜拉索的初张力密切相关,存在着最优索力分布,即使主梁在受力状态下的弯矩(或应力)最小。

主梁由于受到斜拉索的弹性支承,弯矩较小,使得主梁尺寸大大减小,结构自重显著减轻,从而大幅度地提高了斜拉桥的跨越能力。此外,由于塔柱、拉索和主梁构成稳定的三角形,斜拉桥的结构刚度较大,斜拉桥的抗风能力较吊桥(悬索桥)要好得多。但是,当跨度很大时,悬臂施工的斜拉桥因主梁悬臂长度过长,承受压力过大,易产生失稳破坏,因而风险较大。塔高也过高,外索过长,索垂度的影响使索的刚度大幅下降。

斜拉索的组成和布置、塔柱形式及主梁的截面形状是多种多样的,主梁的截面形状与拉索的布置情况要相互配合。我国常用高强平行钢丝或钢绞线等制成斜拉索。斜拉索按施工工艺有工厂预制(成品索)和现场防护两种。我国20世纪80 年代末、90 年代初修建的斜拉桥中,斜拉索大多采用现场防护的方法。由于现场防护环境不利,不确定因素多,加上施工技术不够成熟,拉索在使用7-8 年后,索内高强钢材均出现了不同程度的锈蚀现象,影响了大桥的安全,近年来已有几座斜拉桥对拉索进行了更换。目前常用的平行钢丝斜拉索完全在工厂内制成,在钢丝束上包一层高密度( HD)的聚乙烯(PE)外套进行防护,还可用彩色高密度聚乙烯制成彩色索。

常用的斜拉桥是三跨双塔式结构,但独塔双跨形式也常见,具体形式及布置的选择应根据河流、地形、通航、美观等要求加以论证确定。

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