桥梁的结构基础知识.docx

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桥梁的结构基础知识

桥梁的结构基础知识 

一．桥梁的组成部分与各部分的作用 

　　一根树干架在两岸就形成了一座最简单的单孔独木桥。

其所承受的重力（竖直的）或外力（竖直的或水平的），叫做荷载。

树干作为梁，起承受重力的作用，在桥梁上的学名就叫做承重结构。

　　如果木头的长度小于两岸的距离，则可在两岸之间设立一至数个木的或砖、石砌筑的支承物，然后在支承物与支承物之间及支承物与河岸之间架设由若干根木梁组成的承重结构，于是便形成了多孔桥。

为了防止河岸在承重结构的压力作用下崩塌，则可紧贴河岸用石块或木排桩做成挡墙，将承重结构支承在挡墙上。

又为了便于通行，可在并排的木梁上铺上小圆木或木板，做成桥面。

此时桥面与承重结构统称桥的上部结构。

两岸之间的支承物称作桥墩；岸边的支承物兼挡墙称作侨台。

桥墩与桥台统称为桥的下部结构。

上部结构是跨越部分，又称跨越结构或桥跨结构；下部结构是支承部分，又称支承结构。

二．上部结构 

　　近代桥梁由于所承受的载重和跨度都比较大，结构就比上面说的要复杂一点。

拿上部结构来说，如果承重结构是梁，就叫做主梁，可以用钢（钢板栗、钢箱梁、铜街梁）、钢筋混凝土（跨度不大时）或预应力混凝土做成。

承重结构如果是拱，就叫做主拱（多于一片拱时拱肋）；如果是悬索，就叫做主索或大缆。

　　下图是一座上承式（桥面在承重结构的上方）铁路钢桁梁组成部分的示意图。

其钢轨铺在枕木上，枕木铺在纵梁上，纵梁支承在横梁上，横梁支承在主梁（行架式承重结构）上。

　　此时钢轨与枕木部分叫做桥面，纵梁与横梁部分叫做桥道结构。

　　桥面设在承重结构上方的叫做上承式桥；桥面设在承重结构下方的叫做下承式桥（在两片（或数片）主梁之间用纵向的及横向的杆件，将两片很薄的主梁联成一个协性较大的空间结构，以抵抗横向的及纵向的力（风力、车辆摇摆力、线路在曲线上时的离心力等）。

这些联结杆件形成一个联结系统，叫做联结系。

于是上部结构便扩充为四个部分，即：

1．桥面；2．桥道结构；3．承重结构及4．联结系。

三．下部结构 

　　荷载是通过上部结构的承重结构传递至下部结构的墩台顶面的。

为了使上部结构与下部结构的受力明确（在支点处力的作用位置明确），以便进行精确的力学计算，同时为了上部结构与下部结构之间的连接可靠，必须在上、下部结构之间有一个保证力的作用位置明确并且连接牢固的支点构造，这个支点构造就叫做支座。

对于梁式桥来说，由于荷载和温度的作用，梁都会发生变形。

这种变形在支座处有两种：

一种是梁弯曲时的转动变形；一种是梁伸缩时的移动变形。

既允许梁作伸缩变形又允许梁作转动变形的支座叫活动支座；只允许梁作转动变形而不能作伸缩变形的支座叫固定支座。

每根梁只能有一个固定支座，其余的均为活动支座。

（见下图，活动支座的简图常用〇表示；固定支座的简图常用△表示。

） 

　　桥墩与桥台一般用砖、石砌筑或混凝土灌筑而成，在旱地上有时可用钢做成。

承受墩台底部压力的土壤或岩石叫做地基。

如果地基具有设计需要的足够的承载力，那么就可将墩台身的底面根据地基承载力的大小和墩台稳定的需要适当扩大，直接支承在距地面深度不大的地基上。

这个扩大了的部分就叫做扩大基础或浅基础。

如果地基浅层的承载力不足以承受墩台身传下的压力，则要将基础下降到一定的深度，直到满足承载力的需要为止。

下降的方法一类叫沉井，一类叫沉桩。

沉井与沉桩统称深基础。

深基础与浅基础在受力方面的不同之处在于：

浅基础只靠基础底部面积传递压力；深基础则除了依靠沉井或桩尖的底部面积将压力传递给地基以外，还依靠井壁和极壁与土层间的摩阻力，将一部分荷载传至地基。

所以深基础的承载能力要比浅基础为大。

　　这样一来，桥梁的下部结构通常就由三个部分组成：

1．支座；2. 墩台；3．基础。

梁式桥梁 一，梁式桥梁简介 

在竖直荷载作用下，梁的截面只承受弯短，支座只承受竖直方向的力。

多孔架桥的梁在桥墩上不连续的称为简支梁；在桥墩上连续的称为连续梁；在桥墩上连续，在桥孔内中断，线路在桥孔内过渡到另一根梁上的称为悬臂梁。

支承在悬臂上的简支架称为挂梁；伸出有悬臂的梁称为锚梁。

架式桥的梁身可以做成实腹的，也可以做成空腹的（称为桁梁）。

二，梁式桥梁实例（不限于钢结构） 

日本滨名大桥，主跨240米，1976年 

陕西安康汉江桥，主跨176米，1982年 

四川三堆子金沙江桥 

日本大阪港大桥 

日本岩大桥 

三，世界最大梁式桥一览表 

1．世界各国主要大跨板梁和箱梁桥 

桥 名 主跨（m） 建成年 地 点 结构 

CoSta e Sllva 300 1974 　巴西里约热内卢 钢梁 　 

Sava 261 1956 　南斯拉夫贝尔格莱德 钢梁 　 

Zoo 259 1966 　德国科隆 钢梁 　 

Gazelle 250 1970 　南斯拉夫贝尔格莱德 钢梁 　 

安康汉江桥 176 1982 　中国陕西 钢梁 　 

虎门辅航道桥 270 1997 　中国广东 预应力混凝土梁 　 

Gate Way 260 1986 　澳大利亚布里斯班 预应力混凝土梁 　 

黄石长江桥 245 1996 　中国湖北 预应力混凝土梁 　 

滨名大桥 240 1976 　日本 预应力混凝土梁 　 

Koror-Babelthuap 241 1978 　美托管岛 预应力混凝土梁 　 

2．世界各国主要大跨钢桁梁桥 

桥 名 主跨（m） 建成年 地 点 

魁北克Quebec 549 1918 　加拿大 钢桁梁桥 

福斯湾Forth 521 1889 　英国苏格兰 钢桁梁桥 

南港大桥 510 1974 　日本大匝 钢桁梁桥 

Gommodore J.J． 501 1974 　美国法尼亚 钢桁梁桥 

Orleun Greater New 480 1958 　美国路易斯安那 钢桁梁桥 

Howrah 457 1943 　印度加尔哥答 钢桁梁桥 

Mississipi 446 --- 　美国路易斯安那 钢桁梁桥 

East Bay 427 1936 　美国奥克兰 钢桁梁桥

拱式桥 

一，拱式桥简介：

在竖直荷载作用下，作为承重结构的拱肋主要承受压力。

拱桥的支座则不但要承受竖直方向的力，还要承受水平方向的力。

因此拱桥对基础与地基的要求比梁桥要高。

下图分别表示上承式拱桥（桥面在拱肋的上方）、中承式拱桥（桥面一部分在拱肋上方，一部分在拱助下方）与下承式拱桥（桥面在拱肋下方）。

仅供人、言行走的拱桥可以把桥面直接铺在拱肋上。

而通行现代交通工具的拱桥，桥面必须保持一定的平直度，不能直接铺在曲线形的拱肋上，因此要通过立柱或吊杆将桥面间接支承在拱肋上。

　　下承式拱桥可做成系杆拱，即在拱脚处用一报称为系杆的纵向水平受拉杆件将两拱脚连接起来。

此时作用于支座上的水平推力就由系杆来承受，支座不再承受水平方向的力。

这样做可以减轻地基承受的荷载，特别是在地质状况不良时。

二，拱式桥工程实例（不限钢结构） 

世界上最大的石拱桥--湖南凤凰乌巢河桥 ，跨度120米，1990年建成 

世界上最大的钢筋混凝土拱桥--重庆万县长江桥，跨度420米，1997年建成 

法国 克拉雷克桥 

九江大桥 

日本长炳桥 

西班牙巴塞罗那的一座桥 

双曲拱桥 

三．世界最大拱式桥一览表 

桥 名 主跨（m） 建成年 地 点 

新河谷（New River Gorge） 518 1977 　美国西弗吉尼亚 

奇尔文科（Kill Van Kull） 510 1931 　美国新泽西 

悉尼港（Sydney Harbour） 509 1932 　澳大利亚悉尼港 

ST.Marco-1 390 1929 　南斯拉夫萨格勒布 

弗里蒙特（Ferment） 383 1971 　美国俄勒冈 

兹达科夫（Zdakov） 380 1961 　捷克和斯洛伐克 

曼港（Port Mann） 366 1964 　加拿大温哥华 

以上为钢拱 

万县长江桥 420 1997 　中国重庆 

克尔克I桥（Krk-I） 390 1979 　南斯拉夫 

贵州江界河桥 330 1995 　中国贵州 

邕宁邕江桥 313 1996 　中国广西 

格拉德斯维尔桥（ladesville） 305 1964 　澳大利亚悉尼 

黑约帕拉那桥（Rio Parana） 290 1964 　巴西 

亚拉比达桥（Arradida） 270 1963 　葡萄牙 

三多桥（Sando） 264 1943 　瑞典 

以上为混凝土拱 　

斜拉桥 

　　斜拉桥日文称"斜张桥"，德文称"斜索桥"，英文称"拉索桥（Cable Stayed Bridge）"。

将梁用若干根斜拉索拉在塔在上，便形成斜拉桥。

与多孔梁桥对照起来看，一根斜拉索就是代替一个桥墩的（弹性）支点，从而增大了桥梁的跨度。

斜拉桥这种结构型式古已有之。

但是由于斜拉索中所受的力很难计算和很难控制，所以一直没有得到发展和广泛应用。

直到本世纪中，由于电子计算机的出现，解决了索力计算难的问题，以及调整装置的完善，解决了索力的控制问题，使得斜拉桥成为近50年内发展最快，应用日广的一种桥型。

二，斜拉桥工程实例 

上海黄浦江杨浦大桥--主跨602米，1993年 

横滨港湾桥，主跨460米，1989年 

世界上最大的斜拉桥--日本多多罗大桥，主跨890米，1999年 

美国曲线斜拉桥 

曲梁斜塔斜拉桥 

不对称两跨斜拉桥 

拱索桥 

三面索斜拉桥 

三, 世界最大斜拉桥一览表 

桥 名 主跨（m） 建成年 地 点 

多多罗桥（Tatara） 890 1999 　日本 

罗曼蒂大桥（Normandy） 859 1995 　法国 

南京长江二桥│ 628 2001 　中国南京 

扬浦桥 602 1993 　中国上海 

名港中大桥（Meiko Central） 590 1997 　日本 

徐浦大桥 590 1997 　中国 

鹤见桥 510 1994 　日本 

生口桥 490 1991 　日本 

香港汀九桥 475 1998 　中国香港 

安纳西斯桥（Annacis） 465 1986 　加拿大温哥华 

横滨海湾桥 460 1989 　日本 

以上为钢结构与混合结构 　 

斯卡恩圣特桥（Skarnsundet） 530 1991 　挪威 

重庆长江二矫 444 1995 　中国重庆 

卢纳大桥（Luna） 440 1983 　西班牙 

铜陵长江桥 432 1995 　中国安徽 

赫尔格兰特桥 425 1991 　挪威 

郧阳汉江桥 414 1993 　中国 

武汉长江二桥 400 1995 　中国武汉 

以上为预应力混凝土结构 　

悬索桥 一，悬索桥简介 

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，悬索桥工程实例 

江阴长江大桥--主跨1385米，1999年 

世界最大跨悬索桥--日本明石海峡大桥，主跨1990米，1998年 

香港青马大桥--主跨1377米，1997年 

三.世界最大悬索桥一览表 

桥 名 主跨（m） 建成年 地 点 

明石海峡大桥（Akashi） 1990 1998 　日 本 

大带桥（Great Belt） 1624 1997 　丹 麦 

亨伯桥（Humber） 1410 1981 　英 国 

江阴长江桥（Jiangyin） 1385 1999 　中 国 

青马大桥（TsingMa） 1377 1997 　中国香港 

费雷泽诺桥（Verrazano） 1298 1964 　美国纽约 

金门大桥（Golden Gate） 1280 1937 　美国旧金山 

海依靠斯特（Kusten） 1210 1998 　瑞典 

麦金纳克大桥（MaCkinac） 1158 1958 　美国密执安 

南备赞大桥（Bisan） 1100 1987 　日本本四联络线 

博斯普鲁斯桥（Bosporus） 1073 1973 　土耳其伊斯坦布尔 

华盛顿桥（GeorgeWashington） 1067 1931 　美国纽约 

4月25日桥（Satazar） 1013 1966 　葡萄牙里斯本 

福斯大桥（ForthRoad） 1006 1964 　苏格兰