第二章,桥梁组成分类

第一节桥梁的基本组成部分桥梁一般由上部结构、下部结构、支座和附属部分等4部分组成。通常人们习惯的称桥跨结构为桥梁的上部结构，称桥墩和桥台（包基础）为下部结构。如图2-1所示.Lh0桥台桥跨结构支座桥墩锥形护坡基础设计水位通航水位低水位l0lb图2-1上部结构指桥梁位于支座以上的部分，通常称桥跨结构，桥跨结构是在线路中断时跨越障碍物的主要承重结构。它的主要作用是承受其上桥面荷载和交通荷载。下部结构通常包括桥墩、桥台和基础。桥墩和桥台是支撑桥跨结构并将恒载和车辆等活载传至基础的结构物。通常设置在桥两端的称为桥台，它除支撑桥跨结构作用外，还起到衔接桥梁和路堤的作用，并抵御路堤土压力，防止路堤填土的滑坡和塌落。桥墩和桥台中使全部荷载传至地基的底部奠基部分，通常成为基础。桥墩和桥台传来的全部荷载包括竖向荷载以及地震力、船舶撞击力等引起的水平荷载。基础是桥梁结构的根基，是确保桥梁能安全使用的关键。由于基础往往埋深与土层之中，并且需在水下施工，故也是桥梁建筑中施工比较困难的一部分。支座是桥梁中在桥跨结构与桥墩或桥台的支承处所设置的传力装置，它不仅要传递很大的荷载，并且要保证桥跨结构能产生一定的变位。附属工程是在桥梁建筑工程中，除上述基本结构外，根据需要还常常修筑护岸、导流结构物和导航装置。桥梁的附属设施有桥面铺装、排水防水系统、栏杆、伸缩缝、以及灯光照明等。河流中的水位是变动的，在枯水季节的水位称为低水位，洪峰季节河流中的最高水位称为高水位。桥梁结构中按规定的设计洪水频率计算所得的高水位称为设计洪水位。在通航河流，满足正常通航净空要求的最高水位称为设计通航水位。下面介绍一些与桥梁布置和结构有关的主要尺寸和术语名称：标准跨径，对于梁式桥或板式桥是指两相邻桥墩中线之间的距离，或桥墩中心线至桥台台背前缘之间的距离；对于拱桥，则是指净跨径。净跨径，对于梁式桥是指设计洪水位上相邻两个桥墩（桥台）之间的净距，用l0表示。对于拱式桥是每孔拱跨两个拱脚截面最低点之间的水平距离。总跨径，在单孔桥中即为桥梁的净跨径，在多孔桥中是指多孔桥梁中各孔净跨径的总和，以∑l0表示。它反映了桥下宣泄洪水的能力。计算跨径，对于有支座的桥梁，是指桥跨结构相邻两个支座中心之间的水平距离，以l表示。对于图所示的拱式桥，是两相邻拱脚截面形心点之间的水平距离。桥跨结构的力学计算式以计算跨径l为基准的。桥梁全长，简称桥长，是桥梁两端两个桥台的侧墙或八字墙后端点之间的距离，以L表示。桥梁高度：简称桥高，是指桥面与低水位之间的高差，以H1表示。桥高在某种程度上反映了桥梁施工的难易性。桥下净空高度，简称净高，是设计通水位至桥跨结构最下缘之间的距离，以H表示。它应能保证安全排洪，并不得小于对该河流通航水位所规定的净空高度。建筑高度：是桥上行车路面高标至桥跨结构最下缘之间的距离，以h0表示。它不仅与桥跨结构的体系和跨径大小有关，而且还随行车部分在桥上布置的高度位置而异。公路定线中所确定的桥面标高与通航净空顶部标高之差，称容许建筑高度。显然，桥梁的建筑高度不得大于其容许建筑高度，否则就不能保证桥下的通航要求。l0fof锥形护坡拱轴线桥台拱圈桥墩基础拱上结构拱脚l拱顶图2-2拱式桥的基本组成净矢高：对于拱式桥，是从拱顶截面下缘至相邻梁拱脚截面下缘最低点连线的垂直距离，以fo表示（如图2-2）。计算矢高：是从拱顶截面形心至相邻两拱脚截面形心连线的垂直距离，以f表示（如图2-2）。矢跨比：是拱桥中拱圈的计算矢高f与计算跨径l之比，以f∕l表示（如图2-2），也称拱矢度，它是反映拱桥受力特性的一个重要指标。第二节桥梁的主要类型目前人类所见到的桥梁，种类繁多。它们都是在长期的生产活动中，通过反复实践和不断总结发展起来的。为了对桥梁的基本体系各种类型的桥梁有个概略的认识，下面加以简要说明。一、桥梁的基本体系。结构工程上的受力构件，有拉、压和弯三种主要的受力方式。由基本杆件所组成的各种类型的结构物，桥梁按结构的受力体系可分为梁式、拱式和悬吊式三种基本体系以及它们之间的各种组合。其中梁式以受弯为主，拱桥以受压为主，悬索以受弯为主。现代的桥梁结构也一样，不过其内容更加丰富，形式更加多样，材料更加坚固，技术更进步。下面从受力特性、建桥材料、适用跨度等方面来阐述桥梁各种体系的特点。1、梁式桥梁式桥在竖向荷载作用下，支座只产生竖向反力（图2-3a），梁中内力主要是弯矩和剪力，以受弯为主。梁式桥可分为简支梁桥、连续梁桥、和悬臂梁桥。图2-3所示为各种体系的基本图式。目前简支梁桥和连续梁桥应用最为普遍。公路上应用最广的是预制装配式钢筋混泥土和预应力混泥土简支梁桥，这种梁桥是一种静定结构，受力简单，施工方便，在小跨度桥梁中得到广泛的使用，一般钢筋混泥土简支梁常用在跨径在25m以下，预应力混泥土简支梁常用跨径不超过50m。当跨径较大时，根据通航、地质等条件等修建悬臂梁桥和连续梁桥。连续梁桥受力比较合理，行车平顺，是大跨度桥梁常采用的桥式。将简支梁桥梁体加长至支点外就成为悬臂梁桥，悬臂梁桥的跨中弯矩比简支梁桥小，但构造复杂，行车不够平顺，目前已较少采用。(a)简支梁桥（b）悬臂梁桥图2-3梁式桥2、拱式桥拱式桥的主要承重结构是拱圈或拱肋图2-4，这种结构在竖向荷载作用下桥墩或桥台将承受水平推力，同时这种水平推力将显著抵消荷载所引起的在拱圈内的弯矩作用。因此，与同跨径的梁相比，拱的弯矩和表型变形要小得多。鉴于拱圈的承重结构以受压为主常用抗压能力强的圬工材料（如砖、石、混泥土）和钢筋混泥土来建造。图所示为拱式桥的基本图式和力学图式。由于拱桥跨越能力大，造型美观，在地基较好的情况下，一般在跨径500m以内均可作为比选方案。由于拱式桥时推力结构，其墩台基础必须承受强大的拱脚内力拱式桥对地基要求高，施工叫复杂，适建与地基和地质条件较好的桥址。在地基条件不适合修建具有很大推力的拱桥情况，可修建水平推力由受拉系杆来承受的系杆拱桥。图示拱式桥图为一座系杆拱桥，系杆一般可由钢、钢筋混泥土、预应力混泥土或钢绞线索做成。）拱圈桥台墩立柱或填充物拱上建筑桥面系）桥面结构横梁桥面板吊杆桥台立柱拱肋桥面板横梁桥面结构桥台吊杆拱肋图2-43、刚架桥刚架桥是一种梁与墩台刚性连接成整体的结构图2-5a，由于梁柱结点是刚性连接的，在竖向荷载作用下，柱脚处具有水平反力和支座弯矩图2-5b。梁部主要受弯，但弯矩较同跨径的简支梁小，跨中建筑高度可做的较小一般适用于需要较大桥下净空和建筑高度受到限制的情况，如立体交叉桥和跨线桥。普通钢筋混泥土刚架桥的梁柱节点处一般较容易长生裂缝。图2-5图2.5为刚架桥图式，图a为门式刚架，在温度变化时容易产生较大的内力，图b为门式刚架的力学图式；图c为斜腿刚架桥，其跨越能力比门式刚架大很多，但斜腿刚架的施工难度比直腿大，可用于跨越陡峭河岸，深谷和道路等障碍物。图d为连续刚架桥，为了使温度变化下结构不产生较大的内力，一般将连续刚架桥桥墩做的很柔，在竖直荷载下墩顶基本为竖直反力，因此人们也将它归结于梁桥的范畴。连续刚架桥比较适合用在大跨高墩桥中。4、悬索桥悬索桥又称吊桥，主要由缆索、桥塔、锚锭、吊杆和加劲梁组成，如图2-6所示。悬索桥是以悬挂在两端边塔架上的强大缆索作为主要承重构件的，通过吊杆使缆索承受很大的拉力，缆索跨过塔顶锚固在锚碇上，必须在两岸桥台后方修筑巨大的锚碇结构。悬索桥具有成卷钢缆易于运输，结构组成构件自重较轻，跨越能力比其他桥型大，常用于跨越大江大河和跨海的特大桥。然而悬索桥相对于其他体系而言，悬索桥的自重轻，结构刚度大差，在车辆荷载和风荷载所用下，具有较大的变形和振动。缆索锚碇加劲梁桥塔吊杆悬索桥图2-65、斜拉桥斜拉桥是一种典型的索梁组合体系桥梁图2-7，斜拉桥由斜拉锁、塔和主梁组成。斜拉锁一端锚在塔上，一端锚在梁上，拉锁的作用相当于在主梁跨内增加若干弹性支撑。同时斜拉锁利用锚固系统，一端锚固在塔柱上，一端锚固在主梁上，其水平分力相当于对主梁施加了一个预应力。从而使主梁内力分布均匀，大大减小了建筑高度，结构自重显著减轻，既节省了材料，又大幅度增加了桥梁的跨越能力。与悬索桥相比，斜拉桥不需要笨重的锚固装置，抗风能力也优于其他悬索桥。斜拉索主梁塔柱图2-7斜拉桥6、组合体系桥组合体系桥是由不同体系组合而成的桥梁。组合体系的种类很多，图2-4c所示的系杆拱桥即为梁拱组合体系，梁和拱共同承受拉力，其跨越能力比一般简支梁桥大。图2-4a为拱设置于梁的下方，通过立柱对梁起辅助支撑作用的组合体系桥二、桥梁的其他分类概述除了上述按受力特点分成不同的结构体系外，人们还习惯按桥梁的用途、大小规模和建桥的材料等其他方面来进行分类。1、按用途划分，有公路桥、铁路桥，公路铁路桥、农桥，人行桥、运水桥和其他专用桥梁（如通过管路和电缆等）。2、按工程规模划分类。桥梁总长和单孔跨径都是桥梁建设规模的标志，按桥梁跨径和全长的不同，分为特大、大桥、中桥、小桥和涵洞。《公路桥涵设计通用规范》（JTGＤ６０－２００４）规定的划分标准如表2－１所示。表2—1桥梁、涵洞跨径分类桥涵分类多空跨径总长单孔跨径Lk（m）特大桥L》100Lk》》150大桥100《L《100040《Lk《150中桥30《L《10020《L《40小桥8《L《305《Lk《20涵洞—Lk《53、按主要承重结构所用的材料划分，有钢桥、混泥土桥、钢筋混泥土结合梁桥、石桥木桥等。混泥土桥又分为钢筋混泥土桥、预应力混泥土桥、部分预应力混泥土桥。工程上把混泥土桥和砖石桥称为圬工桥。木材易腐，而且资源有限，因此，除了少数临时性的桥梁外，一般不采用。4、按结构体系划分，最基本的又梁桥、拱桥和索桥等。这三种桥型是大自然赋予人类的，经人们在自然中不断发掘、改造和完善，形成了千姿百态的梁、拱、索及其与墩、塔、柱等构件合成的各种组合体系桥梁。例如，仅梁桥就有简支梁、连续梁、用杆件拼成的桁梁，以及梁与墩柱刚性连接而形成的刚架桥、梁与索组合构成的斜拉桥等；梁的截面又可做称矩形、Ｔ形、箱形等。5、桥梁按平面布置分类，有正桥、斜桥、弯桥、破桥和匝道桥等。正桥是指桥梁所在的线路与所跨河流火线路正交的情况，绝大多数桥梁都做成正桥。当桥梁与所跨河流或线路斜交时，桥梁在平面上设计称平行四边形，称为斜桥；曲线线路上通常把桥梁设计成与线路一致的曲桥。斜桥和弯桥的设计与施工都比较麻烦，其好处是给线路设计带来较多的方便和自由。城市立交桥常设坡度很大的破桥和匝道桥，使高处的主车道与地处的另一线路在占地不多的情况下迅速相连。所谓匝道桥就是呈螺旋状下降的空间曲线桥。6、按上部结构的行车道位置，分为上乘式桥、下乘式桥和中承式桥。桥面布置在主要承重结构之上者称为上承式桥，桥面布置在承重结构之下的成为下承式桥，桥面布置在桥跨结构高度中间的称为中承式桥。此外，还有很多其他分类方式，如按梁的截面形式分为Ｔ梁桥、箱型桥等；按跨越对象分为跨河桥、跨谷桥、跨线桥、旱桥等。有时也按桥梁施工和假设方法分类；桥梁还有固定式桥，开启桥和活动桥之分。