桥梁的结构基础知识.docx

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CoStaeSllva3001974巴西里约热内卢钢梁Sava2611956南斯拉夫贝尔格莱德钢梁Zoo2591966德国科隆钢梁Gazelle2501970南斯拉夫贝尔格莱德钢梁安康汉江桥1761982中国陕西钢梁虎门辅航道桥2701997中国广东预应力混凝土梁GateWay2601986澳大利亚布里斯班预应力混凝土梁黄石长江桥2451996中国湖北预应力混凝土梁滨名大桥2401976日本预应力混凝土梁Koror-Babelthuap2411978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Quebec5491918加拿大钢桁梁桥福斯湾Forth5211889英国苏格兰钢桁梁桥南港大桥5101974日本大匝钢桁梁桥GommodoreJ.J5011974美国法尼亚钢桁梁桥OrleunGreaterNew4801958美国路易斯安那钢桁梁桥Howrah4571943印度加尔哥答钢桁梁桥Mississipi446-美国路易斯安那钢桁梁桥EastBay4271936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（NewRiverGorge）5181977美国西弗吉尼亚奇尔文科（KillVanKull）5101931美国新泽西悉尼港（SydneyHarbour）5091932澳大利亚悉尼港ST.Marco-13901929南斯拉夫萨格勒布弗里蒙特（Ferment）3831971美国俄勒冈兹达科夫（Zdakov）3801961捷克和斯洛伐克曼港（PortMann）3661964加拿大温哥华以上为钢拱万县长江桥4201997中国重庆克尔克I桥（Krk-I）3901979南斯拉夫贵州江界河桥3301995中国贵州邕宁邕江桥3131996中国广西格拉德斯维尔桥（ladesville）3051964澳大利亚悉尼黑约帕拉那桥（RioParana）2901964巴西亚拉比达桥(Arradida)2701963葡萄牙三多桥（Sando）2641943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（CableStayedBridge）。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）8901999日本罗曼蒂大桥（Normandy）8591995法国南京长江二桥6282001中国南京扬浦桥6021993中国上海名港中大桥（MeikoCentral）5901997日本徐浦大桥5901997中国鹤见桥5101994日本生口桥4901991日本香港汀九桥4751998中国香港安纳西斯桥（Annacis）4651986加拿大温哥华横滨海湾桥4601989日本以上为钢结构与混合结构斯卡恩圣特桥（Skarnsundet）5301991挪威重庆长江二矫4441995中国重庆卢纳大桥（Luna）4401983西班牙铜陵长江桥4321995中国安徽赫尔格兰特桥4251991挪威郧阳汉江桥4141993中国武汉长江二桥4001995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SuspensionBridge，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)19901998日本大带桥（GreatBelt）16241997丹麦亨伯桥（Humber）14101981英国江阴长江桥（Jiangyin）13851999中国青马大桥（TsingMa）13771997中国香港费雷泽诺桥（Verrazano）1298196