Text 5 桥梁概论

桥梁是一种工程结构物，它提供了跨越山谷、道路、铁路、沟渠、河流等障碍物的通道，不封堵下面的通道。这种通道早用在道路、铁路、沟渠、管线、自行车道或人行道上。

从事桥梁设计、施工组织及桥梁维修的土木工程的一个分支被称为桥梁工程。

1 桥梁的组成：图14-1a为桥梁立面图，图14-1b为桥梁平面图。桥梁主要可分为两大部分：上部结构和下部结构。桥梁的上部结构可类比为一幢建筑物的屋顶，下部结构可类比为支撑屋顶的墙、柱和基础。

 

上部结构是由支撑交通路线的结构构件构成。这些在支座以上的梁、拱、索等结构体系支撑的桥面结构（护栏、缘石以及路面铺装）构成了上部结构。

下部结构是上部结构的支撑体系。它包括墩、台、翼墙和墩台基础。

桥梁结构其他组成部分包括引道、支座和河流调治工程，如护坡、桥台坡面加固等。桥梁的部分重要构件在本节作出解释。

桥墩: 设置在桥梁的两端支撑（桥台）之间并建在河床中，减少跨度并承受驶过桥梁的全部荷载。桥墩位于河床下具有坚硬土质处的基础之上。

桥台：桥梁上部结构的端部支撑称为桥台。可使用砖砌体、砌石结构、钢筋混凝土或混凝土预制块。它兼有桥墩和挡土墙的作用。桥台的高度与桥墩相同。桥台的功能如下：

（1）将上部结构传来的荷载传给基础。

（2）给出桥梁上部结构的最终路基标高。

（3）挡住引道的路堤土方。

翼墙：位于桥台两端挡住桥梁引道填土的墙体称为翼墙。通常，翼墙的横断面逐渐减小。翼墙的设计是独立的。一般将翼墙的迎水面做成竖直的。

基础：直接与支撑结构的地基接触的桥墩、桥台等人工建筑的最低部分称为基础。

影响基础选择的因素有土的类型、土的性质、桥梁的类型、水流速度及施加在桥梁上的荷载。

井筒基础是印度最长使用的桥梁基础。这种基础由一个单独的大直径井筒或一组较小的圆管或其它形状的井筒构成。  

引道：这指桥梁两端连接线的长度。引道是路堤还是路堑取决于桥梁的设计。按照印度道路委员会的建议，引道在桥梁的每一侧必须为最小16米长的直线。引道的作用是将连接线抬高至桥梁的桥面标高。

护栏和缘石：护栏设置在桥梁的两侧，防止车辆掉入河流中。还应设置人行道以便行人行走而不妨碍密集的车辆交通。

为防止车辆撞击栏杆或护栏，在路面的两侧沿人行道的边缘设置涂成白色的缘石。在填方地段，为防止车辆从路堤的侧面跃出，也应沿引道的两侧设置缘石。

梁的支座: 纵梁一定支撑在桥墩上，而桥墩将承受来自纵梁上荷载的推力，为此主梁端部应支撑在合适的支座上，同样也可设置水泥混凝土垫块，使荷载可以均匀的分配给所支撑的结构上。由于纵梁受热和受冷时会产生伸长和收缩，在桥台的端部应设置转轴使主梁可以转动而不引起主梁弯曲的发生。

2 桥梁类型

2.1 拱桥

拱桥由于外观优美而常被采用。在深谷的岩石台座上修建拱桥更美观并且更适合。拱桥经济跨度可以做到250米一跨。这种桥型中，行车道修建在支撑在桥墩或桥台的拱圈上。拱桥的一个事例是跨越Niagara河单孔跨径为290米的彩虹桥。

 

彩虹桥

拱桥的优点是：拱圈的任何部位不受弯，冲击力引起的振动最小，外形优美。

2.2 板桥

这是最简单的以及最容易施工的钢筋混凝土桥梁。板桥的经济跨径通常可达9米。板的厚度非常一致，因此模板工艺简单。尽管所需的混凝土和钢材的数量较大，但施工非常简单，且容易浇筑。

2.3 T梁和板桥

这包括支撑在桥墩和桥台上的T梁。桥面板支撑在T梁上。这种桥梁适于跨径9-20米。T梁造价便宜，所需材料数量较少。例如印度最长的钢筋混凝土T梁桥是位于Goa 的Advai桥，该桥跨径达35米。

2.4 系杆拱桥

当桥下净空高度较大时，使用系杆拱桥较为经济。主要由拱圈和一根类似于弓弦的系梁构成。主要荷载由梁承担，拱作用在桥台上的推力将受到约束。因此，桥台无需太重。行车道实际上被竖直吊杆悬吊于拱肋之上，如图14-2所示。这类桥型的跨径为30-45米。

 

2.5 悬索桥

悬索桥的上部结构为通过桥塔的两道主缆构成，通过吊杆悬吊着桥面结构，如图14-3所示。这类桥梁最适于交通量较小的跨径大于600米的大跨桥梁。这类桥梁是柔性的，因此，竖直振动比其他桥型大。全部荷载将被锚固于地基的主缆承受。

2.6 斜拉桥

斜拉桥按照这样一种结构体系建造，正交板和连续梁被斜拉索支撑，即通过或固定于主墩上的桥塔上的斜钢索。现代斜拉桥是由加劲梁、横向和纵向系杆组成的三维体系。正交板以及支撑部分，像受压桥塔和受拉的斜索组成的三维体系。这样的三维结构的重要特征是横向结构完全参与了主要的纵向结构的受力。这意味着结构的惯性矩显著增大，主梁的高度可以减小，节省钢材。

2.7 钢桥

钢桥通常用于支撑公路、水、油及气体管线、铁路等，可分类如下  

2.7.1 钢桁架桥

钢桁架桥常用于长铁路桥，并且几乎不受风载影响。由于组成构件较轻，因此架设钢桁架桥较为容易。构件中主要为轴向力。钢桁架桥通常用于以下情况。

2.7.2 钢刚架桥

这类桥梁在门架的顶部设置行车道，这类桥梁无需支座和固定设施。桥下净空较大，无需重力式桥台。

2.7.3 板梁桥

板梁桥通常用于荷载较大，跨径较大的情况。因此主要用于铁路桥。跨径可达20米。为了增加侧向稳定性，使用四块角连接的板组成的箱梁。

2.7.4 钢拱桥

在无法施工中间桥墩时，可使用钢拱桥。这类桥可用于非常长的跨径，即可达150米。 钢拱桥既可以做成空腹式也可做成桁架式，如图14-4所示。

2.7.5 钢系杆拱桥

对于钢系杆拱桥，为承受水平推力，在拱圈的两端设置钢拉杆。在这类桥梁里，拱肋上吊杆悬吊着行车道。

图14-4 钢拱桥类型

a）两铰拱    b）压力拱    c）空腹拱