认识我们常见的桥梁解析

1、认识我们常见的桥梁桥梁是跨越峡谷、山谷、道路、铁路、河流、其他水域、或其他 障碍而建造的结构， 是一种由水面或地面突出来的高架， 用来连着桥 头桥尾两边路。桥梁的目的是允许人、车辆、火车或船舶穿过障碍。 桥可以打横搭着谷河或者海峡两边， 又或者起在地上升高， 槛过下面 的河或者路， 让下面交通畅通无阻。 桥是一种用来跨越障碍的大型构 造物。确切的说是用来将交通路线（如道路、铁路、水道等）或者其 他设施（如管道、电缆等）跨越天然障碍（如河流、海峡、峡谷等） 或人工障碍（高速公路、铁路线）的构造物。“桥”原本是一种高大的树（参见乔木） ，因为够高大，砍下来 就够长放在河面，可以连着两边岸，即独木桥

2、。直到公元 19 世纪，石头和木材一直是最重要的桥梁建筑材料。 公元前 6 世纪巴比伦人用柏木和松木建造桥梁。 罗马人开始用石头和 混凝土建造拱桥。工业化开始后， 1779 年，世界上第一座铁桥出现 在英国。这是一座由工程师 Abraham Darby III 用新材料铸铁 修筑的主跨 30 米的拱桥。随着桥梁建筑材料的进一步发展，锻铁这 种具有更高抗拉强度的材料开始使用，使长距离的铁索吊桥成为可 能。一个具有代表性的例子是威尔士的 Menai 桥，全长 521 米，主跨 177米，由 Thomas Telford 在 1818年至 1826年间建造。 1860年由 罗伯特史蒂芬逊（ Robe

3、rt Stephenson ）在威尔士建造的桁架梁桥 不列颠大桥，跨径 146 米。现代混凝土从 1860 年开始运用在桥梁工 程中，由 Joseph Monier 建造的第一座钢筋混凝土梁桥出现在一个农 庄，并且只是跨过一条小河。大跨径钢筋混凝土梁桥从 20 世纪起才 开始建造，例如 1930年建造的 90 米跨径的 Salginatobel 桥。第二 次世界大战之后发展起来的预应力混凝土技术终于使纤细预应力梁 桥成为可能。 1965年在德国本多夫修建的跨径 208 米的莱茵河大桥， 在世界范围内拉开了修建大跨径梁桥的序幕。 直到今天这种大跨径梁 桥依然活跃在世界桥梁工程当中。 随着预应力混

4、凝土桥梁同时发展起 来的还有钢结构形式和斜拉桥， 世界上第一座此形式的大型的桥梁于 1957年出现在德国的杜塞尔多夫，总长 914米，跨径 260 米。我们常见的桥可以按照不同的分类方法进行分类。 常见的分类方 法是根据形式和构造、材料以及功能等。一、按形式和构造分类 按形式和构造主要分为梁式桥、拱式桥、斜拉桥、悬索桥。1. 梁式桥梁桥是以受弯为主的主梁作为承重构件的桥梁（见下图）。主梁 可以是实腹梁或桁架梁。实腹梁构造简单，制造、架设和维修均较方 便，广泛用于中、小跨度桥梁，但在材料利用上不够经济。实腹梁桥 的最早形式是用原木做成的木梁桥和用石材做成的石板桥， 由于天然 材料本身的尺寸、性能

5、、资源等原因，木桥现在已基本不采用，石板 桥也只用作小跨度人行桥。 桁架梁的杆件承受轴向力， 材料能充分利 用，自重较轻，跨越能力大，多用于建造大跨度桥梁。按照主梁的静 力体系，分为简支梁桥、连续梁桥和悬臂梁桥。简支梁桥梁桥主梁以孔为单元，两端设有支座，是静定结构。一般适用于中、小跨度，结构简单，制造、运输和架设均甚方便，多做成标准设 计，以便于构件生产工艺工业化、 施工机械化， 提高质量，降低造价连续梁桥主梁若干孔为一联，连续支承在几个支座上，是超静定结构。当 跨度较大时，采用连续梁较省材料，更适合用悬臂拼装或悬臂灌筑、 纵向拖拉或顶推法施工。悬臂梁桥上部结构由锚固孔、悬臂和悬挂孔组成，悬挂

6、孔支承在悬臂上， 用铰相联。有单悬臂梁桥（三跨构成，中跨较大以满足通航要求）和 双悬臂梁桥（可构成多跨的长大梁桥）。梁桥为桥梁的基本体系之一，使用广泛，在桥梁建筑中占有很大 比例，其上部结构可以是木结构、钢结构、钢筋混凝土结构、预应力 混凝土结构或钢筋混凝土桥面板和钢梁的组合结构。2. 拱式桥以承受轴向压力为主的拱 （称为主拱圈） 作为主要承重构件的桥 梁（见下图）。a. 按照主拱圈的受静力形式，拱轿可分为三铰拱、两铰拱和无铰拱。 拱的种类：三铰拱、两铰拱、无铰拱、带拉杆拱。带拉杆的拱：在屋 架中，为消除水平推力对墙或柱的影响， 在两桥梁支座间增加一拉杆， 由拉杆来承担水平推力。b. 按照主拱

7、圈的构成形式， 拱又可分为板拱、 肋拱、双曲拱、 箱形拱、 桁架拱等。板拱：拱圈横截面呈矩形实体截面，它横向整体性较好、拱圈截 面高度小、构造简单，但抵抗弯矩能力较差，一般用于圬工拱桥。肋拱：拱圈是由两条或多条拱肋组成，肋与肋之间用横系梁相联 系，拱肋形状可以是矩形、工字形、箱形或圆管形，它的抗弯能力较 板拱为优，用料较省，但制作较板拱复杂，多用于钢筋混凝土拱桥或 钢拱桥。双曲拱： 60 年代以后，在中国普遍采用的一种拱式桥梁。它在横 向除有拱肋外， 还有由拱波、 拱板等构成的小拱将整个拱圈联结成整 体，它在施工时可以将拱肋、拱波预制，安装后再浇筑拱板，减轻吊 装重量，并可以不用拱架， 或只需

8、用简单支架，为混凝土拱桥提供了 一种新的结构形式和简便易行的施工方法。 但需采取措施保证拱圈的 整体性。箱形拱：横截面可为整体多室箱形或分离箱形。混凝土或钢筋混 凝土箱形拱也可采用无支架施工。 它的整体性、 横向稳定性和抗扭性 能都较双曲拱的结构为好， 但在中、 小跨径时不如双曲拱简便和节省 钢材。桁架拱：拱圈由桁架构成，可做成桁肋拱或肩拱形式。桁架拱的 材料用量较经济， 但桁架的某些杆件将承受拉力， 故主要用在钢拱桥 或预应力混凝土拱桥中。c. 拱还可按拱上建筑的形式不同而分为实腹式拱和空腹式拱。实 腹式拱是将主拱圈以上至桥面间的空间全部用填料填实， 一般用于小 跨径的桥梁； 空腹式拱则在主

9、拱圈以上设有横桥向贯通的腹孔， 一般 用于中等以上跨径的桥梁。赵州桥是现存修建最早的空腹式拱桥。拱的受力特点：在竖向荷载作用下产生水平推力。 拱与梁的区别： 看是否有水平推力。拱的内力特点：与简支梁相比拱的弯矩、剪力较 小，轴力较大（压力） ，应力沿截面高度分布较均匀。节省材料，减 轻自重，能跨越大跨度。宜采用砖、石、混凝土等材料。缺点：拱对 基础或下部结构施加水平推力， 增加了下部结构的材料用量， 对地基 要求高。3. 斜拉桥斜拉桥作为一种拉索体系，斜拉桥比梁式桥的跨越能力更大，是 大跨度桥梁的最主要桥型。 斜拉桥由许多直接连接到塔上的钢缆吊起 桥面，斜拉桥主要由索塔、主梁、斜拉索组成。索塔

10、型式有 A 型、 倒 Y 型、H 型、独柱，材料有钢和混凝土的。斜拉索布置有单索面、 平行双索面、斜索面等。第一座现代斜拉桥是 1955 年德国 DEMAG 公司在瑞典修建的主跨为 182.6 米的斯特伦松德( Stromsund )桥。 目前世界上建成的最大跨径的斜拉桥为俄罗斯的俄罗斯岛大桥， 主跨 径为 1104 米,于 2012 年 7 月完工。斜拉桥是将梁用若干根斜拉索拉在塔柱上的桥。它由梁、斜拉 索和塔柱三部分组成。 斜拉桥是一种自锚式体系， 斜拉索的水平力由 梁承受。梁除支承在墩台上外，还支承在由塔柱引出的斜拉索上。按 梁所用的材料不同可分为钢斜拉桥、结合梁斜拉桥和混凝土梁斜拉 桥

11、。斜拉桥桥承受的主要荷载并非它上面的汽车或者火车，而是其自 重，主要是主梁。以一个索塔为例，索塔的两侧是对称的斜拉索，通 过斜拉索将索塔主梁连接在一起。 假设索塔两侧只有两根斜拉索， 左 右对称各一条， 这两根斜拉索受到主梁的重力作用， 对索塔产生两个 对称的沿着斜拉索方向的拉力， 根据受力分析， 左边的力可以分解为 水平向向左的一个力和竖直向下的一个力； 同样的右边的力可以分解 为水平向右的一个力和竖直向下的一个力；由于这两个力是对称的， 所以水平向左和水平向右的两个力互相抵消了， 最终主梁的重力成 为对索塔的竖直向下的两个力，这样，力又传给索塔下面的桥墩了。 斜拉索数量再多，道理也是一样的

12、。之所以要很多条，那是为了分散 主梁给斜拉索的力而已。4. 悬索桥吊桥是以承受拉力的缆索或链索作为主要承重构件的桥梁 （见下 图）。悬索桥由悬索、索塔、锚碇、吊杆、桥面系等部分组成。悬索 桥的主要承重构件是悬索， 它主要承受拉力， 一般用抗拉强度高的钢 材（钢丝、钢绞线、钢缆等）制作。由于悬索桥可以充分利用材料的 强度，并具有用料省、自重轻的特点，因此悬索桥在各种体系桥梁中 的跨越能力最大，跨径可以达到 1000 米以上。悬索桥的主要缺点是 刚度小， 在荷载作用下容易产生较大的挠度和振动， 需注意采取相应 的措施。按照桥面系的刚度大小，悬索桥可分为柔性悬索桥和刚性悬索 桥。柔性悬索桥的桥面系一

13、般不设加劲梁，因而刚度较小，在车辆荷 载作用下，桥面将随悬索形状的改变而产生 S 形的变形，对行车不利， 但它的构造简单， 一般用作临时性桥梁。 刚性悬索桥的桥面用加劲梁 加强，刚度较大。 加劲梁能同桥梁整体结构承受竖向荷载。除以上形 式外，为增强悬索桥刚度， 还可采用双链式悬索桥和斜吊杆式悬索桥 等形式，但构造较复杂。桥面支承在悬索（通常称大揽）上的桥称为悬索桥。英文为Suspension Bridge ，是悬挂的桥梁 之意，故也有译作 吊桥的。 吊桥的悬挂系统大部分情况下用 索做成，故译作 悬索桥 ，但个 别情况下， 索也有用刚性杆或键杆做成的， 故译作 悬索桥不能涵 盖这一类用桥。 和拱

14、肋相反，悬索的截面只承受拉力。 简陋的只供人、 畜行走用的悬索桥常把桥面直接铺在悬索上。 通行现代交通工具的悬 索桥则不行， 为了保持桥面具有一定的平直度， 是将桥面用吊索挂在 悬索上。和拱桥不同的是， 作为承重结构的拱肋是刚性的，而作为承 重结构的悬索则是柔性的。 为了避免在车辆驶过时， 桥面随着悬索一 起变形，现代悬索桥一般均设有刚性梁（又称加劲梁） 。桥面铺在刚 性梁上，刚性梁吊在悬索上。 现代悬索桥的悬索一般均支承在两个塔 柱上。塔顶设有支承悬索的鞍形支座。 承受很大拉力的悬索的端部通 过锚碇固定在地基中， 个别也有固定在刚性梁的端部者， 称为自锚式 悬索桥。二、按建筑材料分类按主要承

15、重结构所用的材料来划分， 有木桥、钢桥、圬工桥 （包括 砖、石、混凝土桥 ）、钢筋混凝土桥和预应力钢筋混凝土桥。木桥用木料建造的桥梁。木桥的优点是可就地取材，构造简单，制造 方便，小跨度多做成梁式桥，大跨度可做成行架桥或拱桥。其缺点是 容易腐朽、养护费用大、消耗木材、且易引起火灾。多用于临时性桥 梁或林区桥梁。钢桥桥跨结构用钢材建造的桥梁。钢材强度高，性能优越，表观密度 与容许应力之比值小， 故钢桥跨越能力较大。 钢桥的构件制造最合适 工业化，运输和安装均较为方便，架设工期较短，破坏后易修复和更 换，但钢材易锈蚀，养护困难。圬工桥用砖、石或素混凝土建造的桥。这种桥常作成以抗压为主的拱式 结构，

16、有砖拱桥、石拱桥和素混凝土拱桥等。由于石料抗压强度高，且可就地取材，故在公路和铁路桥梁中，以石拱桥用的 较多钢筋混凝土桥又称普通钢筋混凝土桥。桥跨结构采用钢筋混凝土建造的桥梁。 这种桥梁，沙石骨料可以就地取材，维修简便，行车噪音小，使用寿 命长，并可采用工业化和机械化施工，与钢桥相比，钢材用量与养护 费用均较少，但自重大，对于特大跨度的桥梁，在跨越能力与施工难 易度和速度方面， 常不及钢桥优越预应力钢筋混凝土桥桥跨结构采用 预应力混凝土建造的桥梁。这种桥梁，利用钢筋或钢丝（索）预张力 的反力，可使混凝土在受载前预先受压， 在运营阶段不出现拉应力 （称 全预应力混凝土） ，或有拉应力而未出现裂缝

17、或控制裂缝在容许宽度 内（称部分预应力混凝土）。其优点是：能合理利用高强度混凝土和高强度的钢材，从而可节 约钢材，减轻结构自重，增大桥梁的跨越能力；改善了结构受拉区的 工作状态，提高结构的抗裂性，从而可提高结构的刚度和耐久性；在 使用荷载阶段， 具有较高的承载能力和疲劳强度； 可采用悬臂浇筑法 或悬臂拼装法施工， 不影响桥下通航或交通； 便于装配式混凝土结构 的推广。随着材料科学的发展，尤其是复合材料性能的不断进步，越来越 多的桥梁开始应用复合材料制造核心部件。 日本与美国将 FRP材料制 造的钢筋或预应力索应用在钢筋混凝土桥中； 而世界各国军队都将复 合材料用在舟桥车上， 以便可以快速架设大

18、跨度浮桥； 对于一些拥有 较长历史的桥梁， 出于保护目的， 一般会在不改变桥梁结构的基础上 对桥面进行翻修、 加固甚至拓宽，这种情况下通常也会采用复合材料， 例如瑞士在翻新沃州阿旺河上已有 100年历史的道路桥时， 采用了思 瑞安 COLEVO桥架板，使得桥梁在具有较好的承载能力的同时，具有 较低的密度，降低了桥梁的质量。常用于桥梁的复合材料有 FRP（纤 维增强复合塑料），CFRP（碳纤维增强复合材料） ，GFR（P 玻璃纤维增 强塑料），此外，作为夹层结构材料的芯材常采用 BALTE（K巴沙轻木）、 PET泡沫（ AIREX）等等。三、按跨径分类按跨径分类是一种行业管理的手段， 与桥梁工程设计和施工的技 术难度无关。按照 2003 年最新的公路工程技术标准（ JTG B01-2003） 第五章：桥涵分类规定 特大桥：桥梁总长 L1000m或计算跨径 L0150m。大桥：桥梁总长 100mL1000m或计算跨径 40mL0 150m。 中桥：桥梁总长 30mL100m或计算跨径 20mL0 40m。 小桥：桥梁总长 8mL30m或计算跨径 5mL0 20m。 涵洞：计算跨径小于 5 米四、按桥面位置分类 上承式 ：桥的桥面布