桥梁结构分析
桥梁结构分析
摘要：设计桥梁可有多种结构形式选择：⽯料和混凝⼟梁式桥只能跨越⼩河；若以受压的拱圈代替受弯的梁，拱桥就能跨越⼤河和峡⾕；若采⽤钢桁架可建造重载铁路⼤桥；若采⽤主承载结构受拉的斜拉桥和悬索桥，不仅轻巧美观，⽽且是飞越⼤江和海峡特⼤跨度桥梁的优选形式。 付静去向关键词：梁式桥，拱式桥，悬索桥，桁架桥，斜拉桥
著名桥梁专家潘际炎说：“海洋，是孕育地球⽣命的产床；河流，是孕育⼈类⽂明的摇篮；⽽桥，则是联系⼈类⽂明的纽带。”这纽带越来越宏伟，越来越精致，越来越艺术！建国以
来中国的桥梁⼯程事业飞速发展。随着时代前进的步伐,⼈们对桥梁⼯程提出了更⾼的要求，对“适⽤、安全、经济、美观”的桥梁设计原则赋以更新的内容。桥梁⼯程⽆论是现在还是以后都不会停步的，它的发展前景会更⼴阔。通过半个学期的结构⼒学的学习，我对桥梁结构及他们的受⼒特点有了⼀定的认识。理论联系实际，我通过对各种结构的对⽐分析，进⼀步加深了印象，对以后的学习奠定了基础。
1.梁式桥
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⼯程实例——洛阳桥，⼜称万安桥，在福建泉州市区东北郊洛阳江⼊海处，该桥是举世闻名的梁式海港巨型⽯桥，为国家重点⽂物保护单位，为国家重点⽂物保护单位。
梁式桥的主梁为主要承重构件，受⼒特点为主梁受弯。梁式桥的上部结构在铅垂荷载作⽤下，⽀点只产⽣竖向反⼒，⽀座反⼒较⼤，桥的跨中处截⾯弯矩很⼤。所以由于这种特性，梁式桥的跨度有限。简⽀梁桥合理最⼤跨径约20 ⽶，悬臂梁桥与连续梁桥合宜的最⼤跨径约60-70 ⽶。采⽤钢筋砼建造的梁桥能就地取材、⼯业化施⼯、耐久性好、适应性强、整体性好且美观；这种桥型在设计理论及施⼯技术上都发展得⽐较成熟。但是由于制造梁式桥的材料多为⽯料与混凝⼟，随跨度的增加其⾃重的增加也⽐较显著。因此梁式桥⼴泛⽤于中、⼩跨径桥梁中。 结构本⾝的⾃重⼤，约占全部设计荷载的30%⾄60%，且跨度越⼤其⾃重所占的⽐值更显著增⼤，⼤
⼤限制了其跨越能⼒。随着跨度的增⼤，桥的内⼒也会急剧增⼤，混凝⼟的抗弯能⼒很低，较难满⾜强度要求。弯矩产⽣的正应⼒沿横截⾯⾼度呈三⾓分布，中性轴附近应⼒很⼩，没有充分利⽤材料的强度。
2.拱式桥
⼯程实例——赵州桥，坐落在河北省赵县洨河上。建于隋代，由著名匠师李春设计和建造，距今已有约1400年的历史，是当今世界上现存最早、保存最完善的古代敞肩⽯拱桥。1961年被国务院列为第⼀批全国重点⽂物保护单位。因赵州桥是重点⽂物，通车易造成损坏，所以不允许车辆通⾏。
拱式桥拱肋为主要承重构件，受⼒特点为拱肋承压、⽀承处有⽔平推⼒。从⼏何构造上讲，拱式结构可以分为三铰拱、两铰拱和⽆铰拱。分析三⾓拱的受⼒特点，在竖向荷载下，三⾓拱存在⽔平推⼒，因此，三⾓拱横截⾯的弯矩⼩于简⽀梁的弯矩。弯矩的降低，拱能更充分的发挥材料的作⽤，当跨度较⼤、荷载较重时，采⽤拱⽐采⽤梁更为经济合理。
在竖向荷载下，三⾓拱有很⼤的轴⼒，且⼀般为压⼒。拱式结构的静⼒特征，决定了与梁相⽐⽤材节省，⾃重减轻，并且可有较⼤的跨度。实际中还可以⽤合理拱轴线作为拱的轴线，使拱的受⼒状态接近于⽆弯矩状态。由于拱体主要承受轴向压⼒，故可利⽤砖、⽯、混凝⼟等抗压性能好⽽⼜相对廉价的材料建造。此外，拱式结构有利于营造曲线美，并能提供较⼤的使⽤空间。
邵峰晶但另⼀⽅⾯，由于它是⼀种推⼒结构，对地基要求较⾼；对多孔连续拱桥，为防⽌⼀孔破坏⽽影响全桥，要采取特殊措施或设置单向推⼒墩以承受不平衡的推⼒，增加了⼯程造价；在平原区修拱桥，由于建筑⾼度较⼤，使两头的接线⼯程和桥⾯纵坡量增⼤，对⾏车极为不利。且为曲线结构，是的三⾓拱的施⼯⽐简⽀梁复杂。
3.桁架桥
⼯程实例——钱塘江⼤桥位于浙江省杭州市西湖之南，六和塔附近的钱塘江上，由桥梁专
家茅以升主持设计，是我国⾃⾏设计、建造的第⼀座双层铁路、公路两⽤桥，该桥为上下双层钢结构桁梁桥，全长1453⽶，宽9.1⽶，⾼7.1⽶。
与梁和刚架相⽐，当荷载仅作⽤在结点上时，桁架杆件只承受轴⼒，没有弯矩和剪⼒，应
combatfocus折弦桁架的内⼒分布均匀，
因⽽在材料使⽤上最为经济。但是构造上有缺点。上弦杆在每⼀结点处均转折⽽须设置接头，故构造较复杂。不过在⼤跨度桥梁(例如100～150 m)及⼤跨
三⾓形桁架的内⼒分布也不均匀，弦杆内⼒在两端最⼤，且端结点处夹⾓甚⼩，构造布置较为困难。但是，其两斜⾯符合屋顶构造需要，故只在屋架中采⽤。 (a)
(b)
(c)
4.悬索桥中央7台每日农经
⼯程实例——润扬长江⼤桥。⼤桥建设创造了多项国内第⼀，综合体现时下我国公路桥梁建设的最⾼⽔平。当时润扬长江⼤桥的国内第⼀：⼤桥南汊悬索桥主跨1490⽶，为中国第⼀世界第三⼤跨径悬索桥；悬索桥主塔⾼227.21⽶，为国内第⼀⾼塔；悬索桥主缆长2600⽶，为国内第⼀长缆；⼤桥钢箱梁总重34000吨，为国内第⼀重；钢桥⾯铺装⾯积达71400平⽅⽶，为国内第⼀⼤⾯积钢桥⾯铺装；悬索桥锚碇锚体浇铸混凝⼟近6万⽴⽅⽶，为国内第⼀⼤锚碇。
悬索结构是由⼀系列受拉的索作为主要承重构件，并依靠索的拉⼒维持稳定的柔性结构。悬索桥中最⼤的⼒是悬索中的张⼒和塔架中的压⼒。由于塔架基本上不受侧向的⼒，它的结构可以做得相当纤细，悬索的材料可以采⽤钢丝束、钢丝绳、钢铰线、链条、圆钢，以及其他受拉性能良好的线材。由于索是柔软的，其抗弯刚度可以忽略，索横截⾯的弯矩和剪⼒为零，只有轴向的拉⼒作⽤。此外悬索对塔架还有⼀定的稳定作⽤。假如在计算时忽视悬索的重量的话，那么悬索形成⼀个双曲线。这样计算悬索桥的过程就变得⾮常简单了。
相对于其它桥梁结构悬索桥可以使⽤⽐较少的物质来跨越⽐较长的距离。悬索桥可以造得⽐较⾼，容许船在下⾯通过，在造桥时没有必要在桥中⼼建⽴暂时的桥墩，因此悬索桥可以在⽐较深的或⽐较急的⽔流上建造。
但它也有许多缺点。悬索桥的坚固性不强，在⼤风情况下交通必须暂时被中断。悬索桥不宜作为重型铁路桥梁悬索桥的塔架对地⾯施加⾮常⼤的⼒，因此假如地⾯本⾝⽐较软的话，塔架的地基必须⾮常⼤和相当昂贵。悬索桥的悬索锈蚀后不容易更换。
5.斜拉桥
⼯程实例——南京长江第⼆⼤桥。南汊⼤桥为钢箱梁斜拉桥，桥长2938⽶，主跨为628⽶；北汊⼤桥为钢筋混凝⼟预应⼒连续箱梁桥，桥长2158.4⽶，主跨为3×165⽶，该跨径在国内亦居领先。
梁、索、塔为主要承重构件，利⽤索塔上伸出的若⼲斜拉索在梁跨内增加了弹性⽀承，减⼩了梁内弯矩⽽增⼤了跨径。受⼒特点为外荷载从梁传递到索，再到索塔。由于斜拉桥的梁体尺⼨较⼩，可以使桥梁的跨越能⼒增⼤。⽽且斜拉桥受桥下净空和桥⾯标⾼的限制⼩，可以提供很⼤的使⽤空间。它的主要材料为预应⼒钢索、混凝⼟、钢材，适宜于中等或⼤型桥梁。
治理结构
斜拉桥的梁体尺⼨较⼩，钢材和混凝⼟的⽤量均较省，桥梁的跨越能⼒增⼤。斜拉索的⽔平拉⼒相当
于对混凝⼟梁施加的预压⼒，有助于提⾼梁的抗裂性能，并充分发挥了⾼强材料的特性。建筑⾼度⼩，能充分满⾜桥下净空与美观要求，并能降低引道填⼟⾼度。竖向刚度和抗扭刚度均较强，抗风稳定性要好，⽤钢量⼩。抗风稳定性优于悬索桥，且不需要集中锚锭构造；便于⽆⽀架施⼯。但它的缺点在于，由于是多次超静定结构，计算复杂，索与梁或塔的连接构造⽐较复杂，施⼯中⾼空作业较多，且技术要求严格。
5.⼩结
在相同的跨度和荷载下，不同结构有不同的受⼒形式。
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在相同的跨度与荷载下，⼀般简⽀梁和简⽀刚架的弯矩最⼤，外伸梁、静定
多跨梁、三铰刚架和组合结构的弯矩次之，桁架和采⽤合理拱轴线的三铰拱弯矩
为零。由于这些受⼒特点，在实际⼯程中，简⽀梁多⽤于⼩跨度结构，简⽀刚架
应⽤较少；外伸梁、静定多跨梁、三铰刚架和组合结构可⽤于跨度较⼤的结
在相同的跨度与荷载下，⼀般简⽀梁和简⽀刚架的弯矩最⼤，外伸梁、静定
多跨梁、三铰刚架和组合结构的弯矩次之，桁架
在相同的跨度与荷载下，⼀般简⽀梁和简⽀刚架的弯矩最⼤，外伸梁、静定多跨梁、三铰刚架和组合结构的弯矩次之，桁架和采⽤合理拱轴线的三铰拱弯矩为零。由于这些受⼒特点，在实际⼯程中，简⽀梁多⽤于⼩跨度结构，简⽀刚架应⽤较少；外伸梁、静定多跨梁、三铰刚架和组合结构可⽤于跨度较⼤的结构；当跨度更⼤时，多采⽤桁架和具有合理拱轴线的拱。上⾯从受⼒状态的⾓度⽐较了不同结构形式的⼒学特点，另外，从构造、施⼯⾓度，不构形式都有各⾃的优点与缺点。简⽀梁虽然具有弯矩⼤且弯矩分布不均匀的缺点，但由于构造简单，施⼯⽅便，所以简⽀梁在⼯程中仍有⼴泛的应⽤。桁架和三铰拱虽然具有可以实现⽆弯矩状态的受⼒合理的优点，但桁架内部结点多且构造复杂，三铰拱要求基础具有较强的承受⽔平推⼒的能⼒且拱轴线为曲线，因⽽增加了制作与施⼯上的困难。在结构设计中，选取结构形式应综合考虑跨度、施⼯条件等因素，进⾏多⽅⾯的分析和⽐较。
随着我国经济的发展，桥梁会得到愈来愈多的重视，各种结构的桥梁也会相继出现。桥梁不仅是⼀座建筑物，也是⼀座艺术品。通过对桥梁结构的分析，我越发感觉到，只有拥有扎实的基础，才会在未来的⼯作中如鱼得⽔，才能在实践中不断创新，取得成功。
