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主要桥梁类型简介-《土木工程概论》

时间:2023-10-05 理论教育 版权反馈
【摘要】:图5-28梁式桥梁式桥种类很多,也是公路桥梁中最常用的桥型,其跨越能力可从20m直到300m。在竖向荷载作用下,梁主要承受弯矩,而在柱脚也有水平反力,其受力状态介于梁式桥和拱式桥之间。图5-33刚架桥4.斜拉桥斜拉桥由索塔、主梁、斜拉索组成。目前我国已成为拥有斜拉桥最多的国家,有4座跨度在600m以上的斜拉桥,如南京长江二桥南汊桥,为钢箱梁斜拉桥,主跨628m。当前,大跨度悬索桥的公路桥、公路铁路两用桥主梁多采用钢制扁箱梁截面。

主要桥梁类型简介-《土木工程概论》

按结构体系及其受力特点,桥梁可划分为梁、拱、索三种基本体系和组合体系。不同的结构体系具有不同的结构形式和受力特点。

1.梁式桥

梁式桥是一种在竖向荷载作用下无水平反力的结构(见图5-28)。由于桥上的恒载和活载的作用方向与承重结构的轴线接近垂直,所以与同样跨径的其他结构体系比较,桥的梁上将产生最大的弯矩,通常需要抗弯能力强的材料来建造。

图5-28 梁式桥

梁式桥种类很多,也是公路桥梁中最常用的桥型,其跨越能力可从20m直到300m。公路桥梁常用的梁式桥,按结构体系分为简支梁、悬臂梁、连续梁、T形刚构、连续刚构等;按截面形式分为T形梁、箱形梁(或槽形梁)、桁架梁等。

(1)简支T形梁桥。T形梁桥在我国公路上修建最多,它对改善我国公路交通起到了重要作用,如1989年建成通车的浙江瑞安飞云江大桥(见图5-29)。

(2)连续箱形梁桥。箱形截面能适应各种使用条件,特别适合于应力混凝土的连续梁桥、变宽度桥。该结构的优点是:嵌固在箱梁上的悬臂板,其长度可以较大幅度变化,并且腹板间距也能放大;箱梁有较大的抗扭刚度,因此,箱梁能在独柱支墩上建成弯斜桥;箱梁容许有最大细长度;应力值较低,重心轴不偏一边,同T形梁相比徐变变形较小。

(3)T形刚构桥。这种结构体系有致命弱点,故20世纪80年代以后这种桥型基本不再修建了。

(4)连续刚构。连续刚构桥也是预应力混凝土连续梁桥之一,一般采用变截面箱梁。我国公路系统从20世纪80年中期开始设计、建造连续刚构桥,至今方兴未艾。

图5-29 浙江瑞安飞云江大桥

2.拱式桥

拱式桥主要的承载结构是拱圈或拱肋。这种结构在竖向荷载作用下,桥墩或桥台将承受水平推力,这种水平推力将显著减小拱内的弯矩作用。因此,与同跨梁式桥相比,拱式桥弯矩变形小,弯矩承载能力强,拱桥的跨越能力大,外形也比较美观,但应注意,为了确保拱桥的安全使用,下部结构必须能承受很大的水平推力。

拱桥建筑历史悠久,20世纪得到了迅速发展,20世纪50年代达到全盛时期。历史上的著名拱桥有赵州桥卢沟桥(见图5-30)、悉尼港桥(见图5-31)、克尔克桥(见图5-32)等。拱桥在桥梁建筑中占有重要地位,适用于大、中、小跨径的公路桥和铁路桥,更因其造型优美,常用于城市及风景区的桥梁建筑。

图5-30 卢沟桥

图5-31 悉尼港桥

图5-32 克尔克桥

3.刚架桥

刚架桥是梁与立柱(或称为墩柱)的组合体系,其主要承重结构是梁或板和立柱或坚墙整体结合在一起的刚架结构,故在梁和柱的连接处具有很大的刚性。在竖向荷载作用下,梁主要承受弯矩,而在柱脚也有水平反力,其受力状态介于梁式桥和拱式桥之间。

刚架桥通常是采用预应力混凝土结构,也有用钢结构的(见图5-33)。对于同样的跨径,在相同的外力作用下,刚架桥的跨中正弯矩比一般梁式桥要小,据此特征,刚架桥跨中的构件高度就可以做得小一些。因此,在城市中当遇到线路立体交叉或需跨越通航江河时,可采用这种桥型以降低线路标高,从而改善桥的纵坡。若桥面标高已确定,采用刚架桥能增加桥下净空。

图5-33 刚架桥

4.斜拉桥

斜拉桥由索塔、主梁、斜拉索组成。索塔一般采用钢筋混凝土结构,形式有A形、倒Y形、H形、独柱。主梁一般采用钢筋混凝土结构、钢-混凝土组合结构或钢结构。斜拉索采用高强材料(高强钢丝或钢绞线)制成,两端分别锚固在主梁和索塔上,将主梁多点吊起,并将主梁的恒载和车辆荷载传递至塔柱,再通过塔柱基础传至地基。因而主梁在斜拉索的各点支撑作用下,梁中的弯矩值大大降低,这不但可使主梁尺寸大大减小,而且可以使结构自重显著减轻,既节省了结构材料,又能大幅度地增大桥梁的跨越能力。(www.xing528.com)

斜拉桥根据跨度大小及经济上的考虑,可以建成单塔式、双塔式、多塔式等不同类型。斜拉索布置有单索面、平行双索面、斜索面等。如武汉长江二桥(见图5-34)、白沙洲长江大桥均为钢筋混凝土双塔双索面斜拉桥。通常当对桥截面及桥下净尺寸要求较高时,多采用三跨双塔式结构。

图5-34 武汉长江二桥

现代斜拉桥可以追溯到1956年瑞典建成的斯特伦松德桥(见图5-35),主跨182.6m。自此之后,斜拉桥技术得到空前发展,世界上已建成的主跨在200m以上的斜拉桥有200余座,其中跨径大于400m的有40余座。世界上建成的著名斜拉桥有:法国的诺曼底斜拉桥,主跨856m;日本的多多罗大桥,主跨890m。

我国至今已建成各种类型的斜拉桥100多座,1991年建成的上海南浦大桥主跨为423m,开创了我国修建400m以上大跨度斜拉桥的先河。目前我国已成为拥有斜拉桥最多的国家,有4座跨度在600m以上的斜拉桥,如南京长江二桥南汊桥,为钢箱梁斜拉桥,主跨628m。而2008年6月正式通车的苏通长江大桥(见图5-36)的斜拉桥主孔跨度1088m,主塔高度300.4m,斜拉索的长度577m。这座大桥连接江苏南通与苏州两市,创造了最大规模群桩基础、最高桥塔、最大跨径、最长斜拉索四项斜拉桥世界纪录。

图5-35 瑞典斯特伦松德桥

图5-36 苏通长江大桥

5.悬索桥

悬索桥也为吊桥,采用悬挂在两端塔柱上的吊索作为主要的承载结构,在竖向荷载作用下,通过吊杆的荷载传递使吊索承受巨大的拉力,即悬索桥是具有水平反力的结构,因此通常需要在两岸桥台的后方修筑非常巨大的锚链结构。

现代的悬索桥广泛采用高强度钢缆索,以发挥其优异的抗拉性能。美国旧金山金门大桥(见图5-37),建于20世纪30年代,用了2万多根钢丝缆绳组成吊索,吊起桥梁的主体结构。当前,大跨度悬索桥的公路桥、公路铁路两用桥主梁多采用钢制扁箱梁截面。

图5-37 美国旧金山的金门大桥

与其他类型桥梁相比,悬索桥自重轻,但结构刚度差,在风荷载和车辆荷载作用下,易产生较大的变形和振动。悬索桥的历史就是克服变形和振动的历史,是提高桥梁刚度的历史。

我国现代悬索桥的建造起于20世纪60年代,在西南山区建造了一些跨度在200m以内的半加劲式单链和双链式悬索桥,其中较著名的是1969年建成的重庆朝阳大桥;1984年建成的西藏达孜桥,跨度达到500m。20世纪90年代的交通建设高潮使我国进入了建造现代大跨度悬索桥的新时期,代表的桥梁有:广东汕头海湾大桥,跨度为452m,采用混凝土加劲梁;广东虎门大桥,跨度达888m,采用钢箱梁;江苏江阴长江大桥,主跨超过1200m。2018年10月24建成的港珠澳大桥(图5-38),工程路线起自香港国际机场附近的香港口岸人工岛,向西接珠海/澳门口岸人工岛、珠海连接线,止于珠海洪湾,总长约55km(其中珠澳口岸到香港口岸约41.6km)。

图5-38 港珠澳大桥

6.组合体系桥

根据结构的受力特点,由几个不同体系的结构组合而成的桥梁称为组合体系桥。如梁和拱的组合体系、斜拉桥和悬索桥的组合体系等。所有这些组合,目的是充分利用各种类型桥梁的受力特点,充分发挥其优越性,建造出符合要求,外观优美的桥梁,如图5-39~图5-41所示。

图5-39 梁和拱系统组合

图5-40 钢梁和悬吊系统组合

图5-41 钢梁和斜拉系统组合

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