桥梁结构说明

附录I

BridgeDesignandConstruction

Planning.Tprehensiv.stud.t.det

ermin.whethe..bridg.i.needed.I.i.i.t.b..highwa.bridge.i.th.Unite.State.fb.example..plannin.stud.i

.initiatc.b..stat.bridg.authority.

einment.Studie.ar.mad.t.estimat.lh.am

works.lh.effect.o.th.regiona.econom

.studied.an.th.cos.o.th.bridge.Tject.suc.a.publi.taxe.o.saLo.revenu.bo

nd.repai.b.tol.charges.ar.considered.I.ject.th.lan.neede

.fo.th.bridg.an.it.approache.i.acquire.a.th.selecte.site.A.thi.point.fiel.engineerin.wor.i.started.A

ccurat.lan.survey.ar.made.Tides.floo.conditions.currents.an.othe.characteristic.o.th.waterwa.ar.

carcfull.studicd.Borin.sample.o.soi.an.roc.ar.take.a.possibl.foundatio.locations.bot.oJan.an.un

de.th.water.

Selectio.o.bridg.design.Th.chie.faclor.i.decidin.whelhe..bridg.wil.b.buiLa..girder.cantilev

er.truss.arch.suspension.o.som.othe.typ.ar..(l.location.fo.example.acros..river.(2.purposes.fo.e

xample..bridg.fo.carryin.moto.vehicles.(3.spa.lengt..(4.strengt.o.availabl.material..(5.cos.;(6.b

eaut.an.harmon.wit.th.location.

Eachtypeofbridgeismosteffectiveandeconomicalonlywithinacertainrangeofspan

lengths,asshowninthefollowingtable:

BridgeTypeBestspanRange

(feet)(meters)

Girder20to1,0006.1to304.8

RigidFrame80to30024,4to91.4

Arch200to1,00061.0to304.8

Truss200to1,40061.0to426.7

Cantilever500to1,800152.4to548.6

Suspension1,000to5,000304.8to1,524.0

A.indicate.i.th.tabl..thcr.i..considerabl.overla.i.th.rang.o.applicabilit.o.th.variou.typcs.I.so

m.cases.altcrnativ.prcliminar.dcsign.ar.prcparc.fo.sevcra.typc.o.bridg.i.ordc.t.hav..bcttc.basi.fo

.makin.th.fina.selection.

Selectio.o.materials.Th.bridg.designe.ca.selec.fro..numbe.o.moder.high-slrenot.materials.

includin.concrete.steel.an..wid.variet.o.corrosion-resistan.allo.steels.

Fo.th.Verrazano-Narrow.Bridge.fo.exampIe.th.designe.use.a.Ieas.seve.differen.kind.o.allo

.steel.on.o.whic.ha..yiel.strengt.o.5000.pound.pe.squar.inc.(psi.(3515kg/s.cm.an.dos.no.nee.t.b

.painte.becaus.a.oxid.coatin.form.o.it.surfac.an.inhibit.corrosion.Th.designe.als.ca.selec.stee.w

ire.fo.suspensio.cable.tha.hav.tensil.strength.u.t.25000.ps.(1757.kg/s.cm).

Cpressiv.strcngt.a.hig.a.800.ps.(562..kg/ducc.fo.us.i.bridg

e.an.i.ca.b.give.hig.durabilit.agains.chippin.an.weatherin.b.ih.additio.o.specia.cheniica.agent.a

cess.Concret.tha.ha.bee.prestresse.an.reinfbrce.wit.stee.wire.ha..tens

il.strengt.o.25000.ps.(1757.kg/s.cm).

Othe.usefu.materiaLfo.bridg.includ.aluminu.alloy.an.wood.Moder.structura.aluininu.alloy

.hav.yiel.strength.exceedin.4000.ps.(281.kg/s.cm).Laininate.strip.o.woo.glue.togethe.ca.b.mad

.int.beam.wit.strength.twic.tha.o.natura.timbers.glue-laminate.souther.pine.fb.example.ca.bea.

workin.stresse.approachin.3()().ps.(210..kg/s.cm).

Apression.bending,

chear.an.torsio.forces.I.vid..safet.facto.a.insuranc.agains.fai

lure.Th.calculatio.o.th.precis.natur.o.th.individua.stresse.an.strain.i.th.structure.calle.analysis.i.

ple.aspec.o.bridg.building.Th.goa.o.analysi.i.t.detennin.al.o.th.fo

rce.tha.ma.ac.o.eac.structur.member.

Tduce.b.tw.kind.o.loads

stati.an.dynamic.Th.stati.load一th.dea.weigh.o.th.bridg.structur.itseL

i.usuall.th.greates.load.Tponents.includin.vehicle.b.th.bridge.win.fore

es.an.accumulation.o.ic.an.snow.

Althoug.th.tota.weigh.o.th.vehicle.movin.ove..bridg.a.an.tim.i.generall..smal.fractio.o.th.

blem.t.th.bridg.designe.becaus.o.th.vibratio.an.impac.

stresse.create.b.movin.vehicles.Fo.example.th.seven.iinpact.cause.b.irregularitie.o.vehicl.inoti

o.o.bump.i.th.roadwa.ma.momentaril.doubl.th.effec.o.th.liv.loa.o.th.bridge.

Win.cxcr.fbrc.o..bridg.bot.dircctl.b.strikin.th.bridg.structur.an.indircctl.b.strikin.vehicle.t

ha.ar.crossin.th.bridge.I.th.win.induce.arrocladti.vibration.a.i.th.cas.o.th.Tacom.Narrow.Bridge

.it.effec.ma.b.greatl.amplified.Bvision.fo.th.stron

ges.wind.tha.ma.occu.a.th.bridg.location.Othe.force.tha.ma.ac.o.th.bridge.suc.a.stresse.create.

vide.for.

Specia.attentio.mus.ofte.b.give.t.th.desig.o.th.bridg.piers.sine.heav.load.ma.impose.o.the.b.cur

rents.waves.an.floatin.ic.an.debris.OccasionalL.pie.ma.eve.b.hi.b.passin.ship.

Eputer.ar.plyin.a.even-increasin.rol.i.assistin.bridg.designer.i.th.analysi.o.for

ccs.Th.us.o.prccis.mode.testing.particularl.fo.studyin.th.dynami.bchavio.o.bridgc.als.hclp..sig

ners..scaled-dow.mode.o.th.bridg.i.construcicd.an.variou.gauge.t.measur.strains.acceleration.a

n.defbrmation.ar.place.o.lh.model.Th.mode.bridg.i.the.subjecte.t.variou.t.ensur.tha.nothin.lik.t

h.

Tacom.Narrow.Bridg.failur.ca.occur.Wit.moder.technologica.aids.ther.i.muc.les.chanc.o.bridg.

failur.the.i.th.past.

Constructo.th.fbundation..Constructio.start.wit.th.fbundations.whic.ma.cos.almos.a

.muc.a.th.supe.structure.Foiindation.buil.i.wate.usuall.presen.th.greates.difficulties.On.o

.th.olde.method..whic.i.stil.use.i.shallo.waters.i.t.erec.cofferdam.siinila.t.th.nn.o.closel.sp

ace.pile.tha.th.Toman.used.

Fo.constructin.foundation.i.dee.wate..caisson.hav.lon.bee.used.Th.caisso..whic.i..hug.bo.

close.o.al.side.excep.th.botto..i.lowerd.ont.th.rive.bed.Worker.insid.th.caisson.whic.i.fille.wit.

comptresse.ai.t.kee.ou.th.wate..di.deepe.an.deepe..an.

ceeds.Whe..suitabl.dept.i.reached.th.caisso.i.fille.wit.conerrt.an.b

ecome.par.o.th.foundatio.itself.

Anothc.dcep-wate.method.lcs.hazardou.an.les.costl.tha.th.caisso.mcthod.use.stee.o.concr

et.piles.Wit.moder.piLdrivers.lon.heav.pile.ca.b.diibe.eve.i.dee.water.Th.pile.ca.b.cu.of.an.cap

pe.eilhe.abob.th.wale.leve.o.belo.i..Lthe.ar.cappe.belo.th.wale.level..prefabricate.hollo.pie.cas.

i.floate.ou.t.th.sit..sun.o.th.piles.an.the.fille.wit.concret.t.for.th.pie..

Erectin.th.superstructure.Afte.al.pier.an.abutment.ar.i.place.th.etectio.o.th.superstructur.begins

.Th.metho.o.constructio.use.depend.largel.o.th.typ.o.bridg.bein.built.Ther.ar.si.constructio.met

hods.falscwrok.flotation.cantilcvcring.sliding.dircc.lifting.an.suspension.

I.falsewor.construction.mainl.use.i.bulidin.concrct.arc.bridgcs.meta.o.woo.support.ar.buli

.temporaril.t.suppor.th.erection..grea.dea.o.ingenit.i.ofle.require.jus.t.erec.th.falsework.especil

all.fo.structure.ove.seif.river.o.dee.canyons.Tmonl.use.i.wid.shal

lo.rivcrs.

I.th.floatatio.method.mainl.use.i.buildin.Ion.bridge.larg.bridg.section.ar.prefabricate.o.sh

or.an.floate.ou.o.barge.t.th.bridg.site.Th.section.ar.the.hoiste.inLplace.eithe.b.floatin.derrick.o.

b.wiche.place.o.previousl.constructe.section.o.th.bridge.

Th.cantileverin.techniqu.i.use.no.onl.fo.cantileve.bridge.hu.als.fo.stee.arc.bridges.Constr

uctio.srart.a.a.abutmcn.an.extcng.rowar.th.ccnte.picc.b.piccc.M

plete.ponio.o.th.structur.handl.th.heav.material.

Slidin.constructio.i.use.onl.rarely,.I.thi.metho...prefabricate.unit.suc.a..truss.i.erecte.o.sho

e.t.res.o.anothe.support.

Inthedirectliftingmethod,mainlyusedforlight,short-spanhighwaybridges,a

prefabricatedbridgeunitisliftedbyahoistandswungdirectlyontothebridgesupports.

Lth.constructio.o.suspensio.bridges.th.cable.ar.strun.betwee.th.bridg.tower.an.use.a..supp

or.fo.th.bridg.deck.Tli

plcte.par.o.th.dcck.i.usc.t.handl.hcav.matcriaLTcmporar.suspcnsio.ca

ble.ar.occasionalLuse.i.th.conslructio.o.othe.type.o.bndge.l.conve.materia.acros.lh.span.

I.al.rnethod.o.constructio..i.i.necessar.t.detennin.th.stresse.an.deformation.a.ever.stag.o.constr

uction.Splete.bridge—constructe.b.th.cantileve.method---ca.excee.th.stress

plete.bridg.becaus.o.th.totall.diffeerer.condition.o.suppor.an.loading.

附录n

桥的设计与构造

规划现代重要的桥梁建造的第一步是广泛地研究确定桥梁的必要性。比如：如果

是高速公路桥，在美国则是由州桥管理局研究规划并确定，在程序上会同当地的政府

或联邦政府一起，对主要公路桥梁进行评估研究。如在接近高速公路网上减少交通堵塞,

对当地经济的影响和桥的造价。这就决定了工程的投资方式，如公众收费，发行债券或

支付过桥费都被考虑进来。如果研究认为其可行常，那么桥选址和占地问题将着手处

理。在这一点上，现场测绘工作开始进行，做好精确的实地测量；潮汐，洪水因素，水

流和水路上的其他的特征都要仔细研究，在陆地和水下的泥土和岩石的钻孔取样都尽

可能地在基础处进行。

桥梁设计的选择决最佳跨度

定把桥建成梁，悬臂，桁

架，拱，悬索或其他类型

结构的主要因素是：(1)

地点，如跨越河流；(2)

目的，如建桥为了方便交

通；(3)跨度；(4)可用

英尺米

的材料；(5)花费；(6)

美观和和谐性°在一定范围

的跨度内，每种结构的都

有最大的作用和经济。如下

表所示：

桥的类型

梁桥20到10006.1至1]304.8

刚架桥80到30024.4到91.4

拱桥200到100061.0到304.8

桁架桥200至IJ140061.0到426.7

悬鸣桥500到1800152.4到548.6

悬索桥1000到5000304.8到1524.0

上表表明了许多类型的适用性有相当多的重叠。在一些实例中，在不同的初步设计

中，用来比较不同类型的桥结构是为了在最后有最好的选择。

材料的选择桥梁设计者能选用大量的现代高强材料，包括混泥土，钢筋，和多

种耐腐蚀的合金。

拿Varian-Narrows大桥来说，设计者使用了七种不同的合金钢，其中之一的合金

的屈服强度为50000英镑每平方英寸(3115kg/cnf)，而且不需要油漆保护，因为有一

种氧化膜覆盖在它的表面而防止腐蚀。设计者还选用钢丝绳作为缆绳，它的抗拉强度超

过250000英镑每平方英寸(17577kg/cm2)

抗压强度高达800C英镑每平方英尺(562.5kg/cml)的混泥土现在被生产用作桥梁

工程，而且它在增加特殊化学物质后具有很高的抗脆裂性能和抗风化性能，这种混泥

士被用作预应力碎，而且其加强了钢丝绳的抗拉强度，其强度达到250000英镑每平方

英寸(17577kg/cm2)

桥梁的其它使用材料还铝合金和木材：现在的铝合金的屈服强度超过了40000每平

2

方英寸(2818kg/cm)o把木材碾成细长的薄片，然后用胶水粘在一起而做成的梁是

自然木材强度的二倍。例如用南部松树而胶结的梁能承受的工作应力达到了3000英镑

每英寸(210.9kg/cm2)o

应力分析一座桥要抵抗一系列的合力，如拉力，压力，剪力和扭力。另外，结构

还需要一定的安全储备一保不足。对结构进行精确计算各种单独的压力和拉力，这就叫

应力分析。这或许是桥梁建设中最复杂的技术。应力分析的目的是为了确定作用在结构

上的里的数量。

作用在桥梁结构的应力都可以分为二类荷载：动荷载和静荷载。静荷载一一即桥结

构本身不变的重量一一它往往也是最大的荷载。动荷载或静荷载有很多，包括桥面上的

机动车，风荷载，和积冰积雪荷载。

虽然随时在桥面，移动的机动车的总重量相当于静荷载和动荷载来说是一个很少

的部分，而对设计者来说，因为机动车辆产生的振动和冲击压力而会出现特殊问题。例

如：在路面上机动车的不规则的运动或碰撞对桥面产生短暂而影响加倍的活荷载而导

致严重的影响。

风在桥上的施加的里即直接敲打桥结构乂间接的敲打在桥面上的通行的车辆。如果

出现空气弹性振动，在这种情况下的TacomaNarrows大桥的风作用被大大地增大，由

于这种危险的存在，桥的设计者在桥址必须知道所能发牛的最大的风。还有其它的力作

用在桥上，如：地震产生的压力也必须注意。

对桥墩的设计通要给予特殊的关注，因为桥墩承担水流，浮冰和漂浮物而产生的

重荷，桥墩通常还73•被船撞击的可能。

电脑在应力分析上协助桥梁设计者，并扮演一个很重要的角色。用一个精确的模型

试验