橋梁工程概論

宋勝利

身份證號：410526197204090554

橋梁工程概論

宋勝利

身份證號：410526197204090554

從橋梁工程入手，系統地介紹橋梁的基本組成部分、橋梁的分類及結構，提出了未來橋梁的發展前景，供同行參考。

橋梁結構；分類；橋梁特點；施工

1　橋梁的基本知識

1.1橋梁的基本組成部分

①橋跨結構又稱橋孔結構、上部結構，是在線路中跨越障礙物的結構物，也是主要的承重結構。②橋墩、橋臺又稱下部結構，是支承上部結構并將荷載傳遞給地基的建筑物。橋臺設置在兩側，橋墩設置在橋臺的中間。③墩、臺基礎是保證橋墩、橋臺的安全，埋置在土層之中，使橋上全部荷載傳遞給地基的結構物。

1.2橋梁的分類

①橋梁按結構體系可分為梁式橋、拱式橋、剛架橋、懸索橋、斜拉橋以及各種組合式橋等。②橋梁按上部結構的行車道位置可分為上承式、中承式和下承式等。③橋梁按跨越障礙物的性質可分為：跨河橋、跨線橋、跨越深谷橋、高架橋、棧橋等。④橋梁的其他種類除固定式橋外，還有開啟橋、浮橋、漫水橋等。

1.3橋梁的結構

1.3.1梁式體系

梁式橋是以受彎為主的主梁作為主要承重構件的橋梁。梁式體系是一種在豎向荷載作用下無水平推力的結構。由于梁橋恒載和活載的作用方向與承重結構的軸線接近垂直，因而梁內產生的彎矩最大，通常需要用抗彎性能強的材料（如鋼、木、鋼筋混凝土、預應力混凝土等）來建造。主梁可以是實腹梁或者是桁架梁（空腹梁）。實腹梁外形簡單，制作、安裝、維修都較方便，因此廣泛用于中、小跨徑橋梁。但實腹梁在材料利用上不夠經濟。桁架梁中組成桁架的各桿件基本只承受軸向力，可以較好地利用桿件材料強度，但桁架梁的構造復雜、制造費工，多用于較大跨徑橋梁。桁架梁一般用鋼材制作，也可用預應力混凝土或鋼筋混凝土制作，但用的較少。過去也曾用木材制作桁架梁，因耐久性差，現很少使用［1］。

梁式橋的特點：橋梁的跨越能力高，節省鋼材，建筑高度減少，外形美觀，適應性好。

1.3.2拱式體系

拱橋的主要承重結構是拱圈或拱肋。其特點是結構在豎向荷載作用下兩拱腳處不僅產生豎向反力，還產生水平反力，由于水平推力的作用使得共界面的彎矩和剪力大大減小。拱式橋是推力結構，其墩臺、基礎必須承受強大的拱腳推力。因此拱式橋對地基要求很高，適建于地基和地質條件良好的地方。

拱橋的特點：跨越能力較大，材料適應性強，橋形美觀，節約鋼材，耐久性好，養護維修費用少，自重較大，結構比梁橋復雜，建筑高度大，下部結構負擔重，對地基要求較高，修復困難。

1.3.3鋼筋混凝土剛架橋

橋跨結構（主梁）和墩臺（立柱）整體相連的橋梁。由于主梁與立柱之間是剛性連接，在豎向荷載的作用下，在主梁端部產生負彎矩，這樣就可以減少跨中的正彎矩，跨中截面尺寸也隨之減少。而立柱除要承受壓力外，還要承受彎矩，在柱腳處還要承受水平推力。剛架橋可以是單跨或多跨。單跨剛架橋的支柱可以做成直柱式或斜柱式。

剛架橋的特點：設計比較簡單，穩定性好，施工比較困難。

1.3.4懸索橋（吊橋）

由受拉的懸索作為承重結構的橋梁，稱為懸索橋（吊橋）。懸索橋可分為懸索橋和牽索橋兩種。

牽索橋是由纜索組成的幾何不變的牽索桁架作為承重結構。

懸索橋是由懸索、橋塔、吊桿、加勁梁或橋面系、錨碇五部分所組成。

懸索橋的特點：相對于其他橋梁結構，懸索橋可以使用比較少的物質來跨越比較長的距離；懸索橋可以造得比較高，容許船在下面通過，在造橋時沒有必要在橋中心建立暫時的橋墩，因此懸索橋可以在比較深的或比較急的水流上建造；懸索橋比較靈活，因此它適合大風和地震區的需要；懸索橋的堅固性不強［2］。

1.3.5斜拉橋

斜拉橋又稱斜張橋，是一種橋面體系受壓、支承體系受拉的組合橋梁。其橋面體系是由加勁梁構成，而支承體系是由鋼索組成。

斜拉橋主梁上的荷載是通過錨固點直接傳遞給斜拉索的，懸索橋是通過吊桿傳遞給柔性承重索的，因此兩者的結構剛度有較大的區別。

懸索橋的承重索是錨固在橋臺或后臺專設的錨碇上，其主梁是不承受軸力的。在斜拉橋中，主梁是要承受巨大的軸向力，形成偏心受壓構件。

斜拉橋可以進行內力調整，也可以改變橋梁的剛度。在健康檢查中，如發現斜拉索失效，則可以更換；而懸索橋則無法辦到。

斜拉橋的特點：跨越能力大，建筑高度小，斜索拉力的水平分力為主梁提供預壓力，可提高主梁的抗裂性能，設計構思多樣，懸臂法施工方便安全，與懸索橋相比斜拉橋的豎向剛度與抗扭剛度均較大，抗風振穩定性好，無需大型錨碇，故在其使用跨徑范圍內，懸索橋總造價將比斜拉橋超過20%～30%，橋形美觀，設計計算困難。

2　對未來橋梁發展的展望

據有關橋梁專家介紹，21世紀的橋梁主材將采用高強度、高韌性鋼材和抑振合金材料。日本明石海峽大橋的加勁梁采用780MPa新型高強度鋼板，使其橋梁主跨設計刷新了20世紀的最大跨記錄，達到1990m。高強度混凝土是橋梁建設必不可少的主材料之一。21世紀的混凝土材料將加入納米、水溶性聚合物、有機纖維，以不斷提高橋梁的強度與耐久性。橋梁建設將廣泛運用環保型混凝土，橋梁的韌性、耐久性及強度將得以有效地提高。

21世紀建成的新型大橋將更人性化、智能化，通過計算機系統和傳感器系統將可以感知風力、氣溫狀況，可隨時得到并反映出大橋的承載情況、交通狀況。同時橋體內的傳感器可測出大橋各部位的危險及潛在故障，并及時發出警報。超載汽車、列車通過大橋之前，會被裝在橋頭的傳感器感測出來，及時傳感到智能裝置，橋頭放行柵欄將自動關閉，以防橋梁超載發生危險。未來的橋梁，將成為造福人類、代表社會進步與高度文明的標志性建筑。

［1］黃曉明，許崇法.道路與橋梁工程概論［M］.人民交通出版社，2007.

［2］梁富權.道路工程［M］.北京：人民交通出版社，1995.