不同桥型中的构件受力状况简要说明

由力学知识可知，普通受力杆件一般有受弯构件、受压构件、受拉构件、受扭构件等基本受力构件。下面分别对不同桥型中的构件受力状况作简要说明。

1.梁式桥

梁式桥的上部结构在结构自重和使用荷载等作用下主要产生较大的弯矩和一定的剪力，因此其上部结构是承受弯矩为主，兼有剪力的受弯构件。梁式桥的下部结构承受着通过支座传递下来的上部结构自重及使用荷载等作用，其墩台主要产生的是压力和较小的弯矩，因此其下部结构是受压为主的受压构件。

2.拱式桥

拱桥的拱圈或拱肋在自重及使用荷载等作用下主要产生较大的轴向压力和较小的弯矩、剪力。因此，拱圈或拱肋是承受压力为主兼有弯矩和剪力的受压构件。

对于空腹式拱桥的拱上立柱，在自重及使用荷载等作用下主要产生较大的轴向压力和较小的弯矩，因此拱上立柱是受压构件。对于空腹式拱桥的腹孔，根据其采用的结构形式分析其受力构件类型。常见的系杆拱桥，其拱肋受力基本同常规拱桥拱圈或拱肋，是承受压力为主兼有弯矩和剪力的受压构件。系杆拱桥吊杆（竖杆）在自重及使用荷载等作用下主要产生较大的轴向拉力，因此其为受拉为主的受拉构件。系杆有柔性系杆与刚性系杆，柔性系杆主要平衡拱肋产生的水平推力，因此其为受拉为主的受拉构件；刚性系杆不但要平衡拱肋产生的水平推力，还承担桥面自重及使用荷载等作用产生的弯矩，因此其为拉弯组合构件。

3.悬索桥

悬索桥的主缆在自重及使用荷载等作用下主要产生较大拉力，因此其为受拉构件。吊索是连接主缆与加劲梁的传力构件，其为典型的受拉构件。塔柱的主要作用是支承结构自重及使用荷载等，其主要承担的是轴向压力和一定的弯矩，因此其为受压为主兼有弯矩和剪力的受压构件。加劲梁在自重及使用荷载等作用下产生一定的弯矩和剪力等，从结构角度分析其为受弯为主兼有剪力等内力的受弯构件。

4.斜拉桥

斜拉桥的斜拉索在自重及使用荷载作用下主要产生较大拉力，因此其为受拉构件。斜拉桥的塔柱主要作用是支承结构自重及使用荷载等，其主要承担的是轴向压力和一定的弯矩，因此其为受压为主兼有弯矩和剪力的受压构件。加劲梁在自重和使用荷载等作用下将产生一定的弯矩、轴向力和剪力等，从结构角度分析其为受弯为主兼有轴力和剪力等内力的受弯构件。

5.桁架结构

在梁式桥上部结构、拱式桥主拱圈或拱肋、悬索桥和斜拉桥的加劲梁中，也常采用桁架结构，作为整体具有梁式结构、拱式结构的受力特征，但因其桁架均由钢杆件通过节点铆接、焊接或栓接而成，桁架结构中的各杆件主要承受拉力或压力，因此其杆件可简化为受拉构件或受压构件。

6.其他结构

在桥梁建造过程中还要用到很多临时结构，如栈桥、临时墩、导梁、支架等，组成这些结构的构件可根据其受力特点对构件进行分类。在其他建筑当中，同样根据受力特征可将构件分为受弯构件、受压构件、受拉构件、受扭构件等，其基本设计原理与桥梁构件设计原理类似。临时结构物的选择还要考虑将高度、宽度、跨度、坡度、曲线半径、斜交角度、基础埋入深度等，进行相关数据对比，寻找尺寸关联规律，寻找结构尺寸模数，例如墩高、梁高、墙高、柱高、墩身宽度、盖梁宽度等相关联数据等差值。

知识拓展

认识我国大跨度桥梁

改革开放以来，我国的桥梁建设取得了举世瞩目的成就。改革开放之初大跨径桥梁几乎是空白，目前，我国保持三大类型桥梁跨径的世界纪录，桥梁建设工地遍布祖国大江南北，江河湖海，桥梁结构形式也百花齐放，不少桥梁建筑都成为城市交通地标性建筑物。

1.大跨度公路桥梁

（1）斜拉桥。

苏通长江大桥（图1-7）位于江苏省东南部长江口南通河段，连接苏州、南通两市，于2003年6 月27 日开工，2008 年建成通车。苏通长江大桥是主跨1 088 m 的双塔双索面斜拉桥，主要结构为：扁平流线型钢箱梁，全宽41.0 m，平行钢丝斜拉索，全桥272 根，最长者577 m；倒Y 型索塔，总高300.40 m，索塔锚固采用钢锚箱；31 根钻孔灌注桩，最大桩长117 m。苏通长江大桥全桥科研工作主要包含有：主桥结构体系研究，纵向体系—— 液压缓冲限位约束、阻尼限位约束、黏弹性约束和弹性约束，横向体系—— 过渡墩和辅助墩与主梁之间无约束、阻尼约束、锁定约束。索塔锚固区构造研究；抗风性能研究；主梁架设方案研究；防撞方案研究；超大超深群桩基础研究。

图1-7　苏通长江大桥

图1-8　鄂东长江大桥

鄂东长江大桥（图1-8）位于长江中游黄石市与鄂州市交界区，于2006 年10 月开工建设，2010 年10 月建成通车。鄂东长江大桥的结构形式为双塔双索面混合梁斜拉桥，中跨为钢箱梁，边跨为PC 箱梁，桥宽38 m；主跨为926 m，居世界上同类桥梁中跨度第二。钢箱梁与PC 箱梁的结合段，采用带PBL 键（开孔板连接件）和焊钉连接件的钢格室与混凝土横梁浇筑为一体的连接形式，钢格室通过钢箱梁过渡段与钢箱梁连接。

上海长江大桥（图1-9）作为万里长江第一门户桥，是世界上最大的公轨合建斜拉桥。大桥全长16.5 km，包括约10 km 的跨江桥梁和6.5 km 的接线道路，高速公路双向六车道，并在同一结构层面上预留轨道交通空间，时速为100 km/h。主桥为双塔双索面分离钢箱梁斜拉桥，主塔采用形如“人”字的无横梁弧形塔柱结构，主通航孔跨径达730 m。主桥索塔基础钻孔桩深度达108 m，最大直径3 m，比东海大桥、杭州湾跨海大桥的桩径都要大，为满足通航要求，在深水区设置了一座主跨730 m 的全漂浮体系的斜拉桥，深水区其他地方则为主跨105 m 钢-混凝土组合结构连续梁和主跨70 m 混凝土连续梁，整孔制造安装。

荆岳长江大桥（图1-10）位于湖北、湖南交界处的长江城螺河段上，是湖北省“六纵五横一环”骨架公路网中随州至岳阳高速公路跨越长江的特大型桥梁工程，跨南汊深泓主桥为主跨816 m 混合梁斜拉桥，跨度布置为（100+298+816+80+2×75）m，桥塔为H 形，南塔高224.5 m，北塔高267 m。北汊滩桥为（100+5×154+100）m 七孔PC 连续梁桥。设计中采用钢-混凝土混合主梁及其结合段，超宽度分离式边箱混凝土主梁，最大索力8 900 kN、最大长度443 m 的斜拉索。

图1-9　上海长江大桥

图1-10　荆岳长江大桥

表1-1 所示为国内大跨度斜拉桥一览表。

表1-1　国内大跨度斜拉桥一览表

（2）悬索桥。

西堠门大桥（图1-11）为两跨连续钢箱梁悬索桥，连接册子岛和金塘岛，舟山大陆连岛工程中技术难度最大的特大跨海桥。大桥长2.588 km，主跨1 650 m，为世界上最大跨径的钢箱梁悬索桥，跨径在世界纪录上排名第二，由于对抗风稳定性要求很高，主梁断面采用了分离式钢箱梁。

泰州长江大桥（图1-12）主桥位于江苏泰州与镇江、常州之间，东距江阴长江大桥57 km，西距润扬长江大桥66 km，于2007 年12 月26 日开工，2012 年10 月已建成通车。采用（2×1 080）m 的三塔双跨钢箱梁悬索桥，系世界首创，双向六车道高速公路标准，桥面宽33 m。设计上在国内外达到了三“最”：世界上首座三塔双千米主跨连续悬索桥；国内最大的水中沉井基础，其平面尺寸为长58 m×宽44 m；首次采用“人”字形钢塔（中塔）。

图1-11　西堠门大桥

图1-12　泰州长江大桥

马鞍山长江大桥（图1-13）全长35.9 km，其中跨江工程10.996 km。左汊为（2×1 080）m 三塔两跨悬索桥，右汊为（2×260）m 三塔半椭圆形的拱塔斜拉桥，设计新颖、桥塔造型独特、美观和谐、寓意深刻，展现了桥梁与周围环境、人文社会的关系，丰富了桥梁设计内涵。

图1-13　马鞍山长江大桥

贵州坝陵河大桥（图1-14）为贵州镇宁至胜境关高速公路跨越坝陵河大峡谷的一座特大桥。桥长1 564 m，主跨1 088 m，直到2018 年都是“国内第一，世界第六”的大跨径钢桁加劲梁悬索桥。该桥创下了规模上的“四个第一”和建造技术上的“四个首次”。“四个第一”：在高山峡谷区修建如此大跨度桥梁，在世界建桥史上尚属首次；西岸隧道式锚碇长74.34 m，为世界上第一大隧道锚；东岸重力式锚碇混凝土浇筑方量达81 662 m3，位居全国第一；全桥长2 257 m，为山岭重丘国内第一长桥。“四个首次”：世界上首次采用三节间架设桥梁；桥面吊机为国内首次采用；为提升桥梁颤振稳定性，其抗风措施系国内首次采用；机制砂200 m以上的高塔混凝土为国内首次。

图1-14　贵州坝陵河大桥(www.xing528.com)

表1-2 所示为国内大跨度斜拉桥一览表。

表1-2　国内大跨度斜拉桥一览表

（3）拱桥。

上海卢浦大桥（图1-15）北起浦西鲁班路，穿越黄浦江，东至浦东济阳路，全长8.7 km。大桥主桥为全钢结构，全长3 900 m，其中主桥长750 m，宽28.75 m，采用一跨过江，主跨跨径达550 m，曾被誉为“世界第一钢拱桥”，是世界上首座完全采用焊接工艺连接的大型拱桥，于2000 年10 月25 日开工，2003 年6 月28 日建成通车。卢浦大桥像澳大利亚悉尼的海湾大桥一样具有旅游观光的功能。游客乘坐高速观光电梯直达50 m 高的大桥桥面，沿大桥拱肋人行道拾级而上，在“巨弓”背上大约攀登280 m，登上100 m 高的拱肋顶端，站在篮球场大小的观光平台中眺望，浦江美景尽收眼底。作为世界上首座采用箱型拱结构的特大型拱桥，主拱截面高9 m，宽5 m，为世界最大。在拱桥建造过程中，单件构件吊装重量世界最大，达到860 t，河中跨拱肋吊装最大总量为480 t，主桥建造中融合了斜拉桥、拱桥、悬索桥三种不同类型桥梁施工工艺，是目前世界上在单座桥梁建造中采用施工工艺最多，也最复杂的。整座主桥结构用钢量达3.5 万多吨，相当于建造3 艘7.4 万吨轮船的用钢量。

图1-15　上海卢浦大桥

宁波明州大桥（图1-16）是宁波市跨甬江的重要过江桥梁工程，是省重点工程“五路四桥”项目中的重要桥梁，位于北高教园区和宁波高新区之间，是一座中承式双肢钢箱拱桥。大桥桥梁总长1 250 m，主桥桥面总宽45.80 m，按双向八车道加非机动车道和人行道混行标准设计，设计车速80 km/h。主桥分为三跨，两边跨约为100 m，主跨径450 m。采用的缆索吊，两座缆索塔均高150 m。两座缆索塔的吊装吨级为400 t。

图1-16　宁波明州大桥

表1-3 所示为国内大跨度拱桥一览表。

表1-3　国内大跨度拱桥一览表

2.大跨度铁路桥梁

南京大胜关长江大桥（图1-17）位于南京长江大桥上游20 km 处，是京沪高速铁路和沪汉蓉铁路的越江通道，同时搭载双线地铁，为六线铁路桥。2007 年4 月29 日开工，于2011年建成通车。大桥全长14.789 km，跨水面正桥长1 615 m，采用双孔通航的六跨连续钢桁拱桥，跨度分布（109+192+2×336+192+109）m，采用三桁承重结构。

安庆长江铁路大桥（图1-18）是南京至安庆城际铁路和阜阳至景德镇铁路的重要组成部分，距已建成的安庆长江公路大桥22 km，按四车道设计，设计行车时速为200 km。2009 年3 月开工，2013 年建成通车。大桥全长2 996.8 m，主桥长1363 m，主跨达580 m 的连续钢桁箱梁斜拉桥，跨度分布为（101.5+188.5+580+217.5+159.5+116）m，具有大跨、高速、重载的特点。

蒙西华中铁路洞庭湖大桥（图1-19）位于湖南省岳阳市，距上游洞庭湖公路桥约4.2 km。大桥全长10 444.66 m，主桥为（98+140+406+406+140+98）m 三塔双索面钢箱钢桁结合梁斜拉桥。首次在斜拉桥上采用钢箱钢桁叠合主梁形式，斜拉桥上采用先架设、合龙钢箱梁，后架设、合龙钢桁梁的架设方案，也是国内首次在铁路桥上采用中塔长加劲索。

图1-17　南京大胜关长江大桥

图1-18　安庆长江铁路大桥

黄冈长江公铁两用大桥（图1-20）上游距阳逻长江大桥约37 km，下游距鄂黄长江大桥约17 km，是武汉至黄冈的城际铁路、武汉至鄂州的高速公路的重要纽带。主桥采用双塔钢桁梁斜拉桥，主跨567 m，主桥全长1 296 m。公路为双向四车道，时速100 km；铁路微双线铁路，时速200 km 的动车组。

图1-19　蒙西华中铁路洞庭湖大桥

图1-20　黄冈长江公铁两用大桥

表1-4 所示为国内大跨度铁路（公铁两用）桥一览表。

表1-4　国内大跨度铁路（公铁两用）桥一览表

任务书

1.描述梁桥、拱桥、斜拉桥和悬索桥的主要受力特点。

2.观看下图，回答下列问题

（1）图1-21 和图1-22 属于什么类型桥梁？

（2）图1-21 和图1-22 桥梁结构体系各有什么特点？

（3）从力学角度分析，图1-21 采用变截面梁高设置有何好处？查阅资料，讨论线型如何设置以及梁高变化的规律。

（4）图1-22 桥型为何采用柔性墩？为何采用高墩？

图1-21

图1-22

3.观看图1-23，回答下列问题

（1）图1-23 的三个图分别为什么类型桥梁？有何不同？

（2）该种桥型和梁式桥相比结构体系有何区别？

图1-23

4.描述桥梁建设中临时结构种类。