2011年道路與橋梁基本知識匯總
發(fā)布時間：2014-02-25 共14頁
（一）橋梁的基本體系
按結(jié)構(gòu)體系及受力特點(diǎn)，橋梁可劃分為梁、拱、索三種基本體系，以及由基本體系之間組合而形成的組合體系。
1．梁式橋
梁式橋的特點(diǎn)是其橋跨的承載結(jié)構(gòu)由梁組成。在豎向荷載作用下梁的支承處僅產(chǎn)生豎向反力而無水平反力（推力）。梁的內(nèi)力以彎矩和剪力為主。
梁式橋可分為簡支梁橋，連續(xù)梁橋和懸臂梁橋。簡支梁橋的跨越能力有限（一般在50m以下），當(dāng)計算跨徑小于25m時，通常采用混凝土材料，而計算跨徑大于25m時，更多采用預(yù)應(yīng)力混凝土材料。
2．拱式橋
拱式橋的主要承重結(jié)構(gòu)是拱圈或拱肋。其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)在豎向荷載作用下，兩拱腳處不僅產(chǎn)生豎向反力，還產(chǎn)生水平力（推力），由于水平推力的作用使拱中的彎矩和剪力大大地降低。設(shè)計合理的拱主要承受拱軸壓力，拱截面內(nèi)彎矩和剪力均較小，因此可充分利用石料或混凝土等抗壓能力強(qiáng)而抗拉能力差的圬工材料。
拱式橋是推力結(jié)構(gòu)，其墩臺，基礎(chǔ)必須承受強(qiáng)大的拱腳推力。因此拱式橋?qū)Φ鼗蠛芨撸m建于地質(zhì)和地基條件良好的橋址。拱式橋構(gòu)造簡單，承載能力大，造型美觀，是橋梁工程中廣泛采用的橋型之一。
3．懸索橋
懸索橋又稱吊橋，其特點(diǎn)是橋梁的主要承重結(jié)構(gòu)由橋塔和懸掛在塔上的高強(qiáng)度柔性纜索及吊索，加勁梁和錨錠結(jié)構(gòu)組成。橋跨上的荷載由加勁梁承受，并通過吊索將其傳至纜索。主纜索是主要承重結(jié)構(gòu)，但其僅受拉力。纜索本身是幾何可變體，但可通過橋塔，錨錠結(jié)構(gòu)及作用的荷載相組合，在空間形成有一定幾何形狀的平衡受力結(jié)構(gòu)體系。主纜索的拉力通過對橋塔的壓力和錨錠結(jié)構(gòu)的拉力傳至基礎(chǔ)和地基。這種橋型充分發(fā)揮了高強(qiáng)鋼纜的抗拉性能，使其結(jié)構(gòu)自重較輕，能以較小的建筑高度跨越其他任何橋型無法比擬的特大跨度。
4．組合體系
組合體系橋是指承重結(jié)構(gòu)采用兩種基本結(jié)構(gòu)體系，或一種基本體系與某些構(gòu)件（塔，柱，索等）組合在一起的橋。代表性的組合體系有以下幾種。
（1）剛架橋
剛架橋是梁與立柱（墩柱、豎墻）剛性連接的結(jié)構(gòu)體系。剛架橋的特點(diǎn)是在豎向荷載作用下，柱腳處不僅產(chǎn)生豎向反力，同時產(chǎn)生水平反力，使其基礎(chǔ)承受較大推力。結(jié)構(gòu)中梁和柱的截面均作用有彎矩，剪力和軸力。由于梁和柱結(jié)點(diǎn)為剛結(jié)，梁端部承受負(fù)彎矩，使梁跨中彎矩減小，跨中截面尺寸也可相應(yīng)減小；與一般墩臺不同，剛架橋的支柱（墩臺）不僅承受壓力，還承受較大彎矩，通常采用較小的鋼筋混凝土或預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件。由于剛架橋的上述特點(diǎn)，在城市中當(dāng)遇到線路立體交叉或需要跨越通航江河時，常采用這種橋型以降低線路標(biāo)高，減少路堤土方量。當(dāng)橋面標(biāo)高已確定時，能增加橋下凈空。
T型剛構(gòu)是目前修建較大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁的常用橋型之一，與其他剛架橋的受力特點(diǎn)不同，它屬于無推力結(jié)構(gòu)。它是由單獨(dú)立柱與主梁連接成整體，形成T形，各T形剛架之間以剪力鉸或掛梁相連，在豎向荷載作用下，無水平力產(chǎn)生。T形剛架橋的懸臂部分主要承受負(fù)彎矩，預(yù)應(yīng)力筋通常布置在橋面，與懸臂施工方法實(shí)現(xiàn)高度協(xié)調(diào)一致。T形剛架橋的懸臂一般為對稱布置，使支柱僅在活載作用時才有彎矩作用。
（2）梁、拱組合體系
所示為一種梁和拱的組合體系，此時梁和拱都是主要承重結(jié)構(gòu)兩者相互配合共同受力。由于吊桿將梁向上（與荷載作用方向相反）吊住，著就顯著減小了梁中彎矩；同時由于拱和梁連接在一起，拱的水平推力就傳給梁承受，這樣梁除了受彎矩以外尚且受拉。這種組合體系橋能跨越較一般簡支梁橋更大的跨度，而墩臺沒有推力，因此，對地基的要求就與一般簡支梁橋一樣。拱置于梁的下方，通過立柱對梁起輔助支承作用的組合體系橋。
（3）斜拉橋
斜拉橋是典型的懸索結(jié)構(gòu)和梁式結(jié)構(gòu)組合的結(jié)構(gòu)體系。這一結(jié)構(gòu)體系由主梁，纜索和塔架組成，充分利用了懸索結(jié)構(gòu)和梁結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，其組合相當(dāng)合理。在結(jié)構(gòu)體系中，梁結(jié)構(gòu)直接承受橋面外荷載引起的彎矩和剪力，橋塔兩側(cè)的斜拉索張緊后為梁結(jié)構(gòu)提供彈性
支承，同時承受由荷載引起的拉力，其拉力的豎向分量通過橋塔傳至基礎(chǔ)和地基；斜拉索中荷載引起拉力的水平分量，使橋結(jié)構(gòu)承受軸向壓力，相當(dāng)于對梁結(jié)構(gòu)施加預(yù)應(yīng)力。此外，通過調(diào)整斜拉索間距可改變彈性支承的間距，使梁內(nèi)力分布更加均勻合理，因而減小了主梁的建筑高度，提高了跨越能力。與懸索橋相比，斜拉橋的斜拉索直接作用于主梁結(jié)構(gòu)，使結(jié)構(gòu)體系的抗彎、抗扭的剛度大大增強(qiáng)，抗風(fēng)穩(wěn)定性也明顯改善。由于斜拉索的拉力的水平分量由梁結(jié)構(gòu)承擔(dān)，因而也不再需要巨大的錨錠結(jié)構(gòu)。
5、交通工程設(shè)施
交通工程設(shè)施是針對高等級公路行車速度快、通過能力大、交通事故少、服務(wù)水平高的特點(diǎn)而設(shè)置的，它包括交通安全設(shè)施、服務(wù)設(shè)施和管理設(shè)施三種。
按結(jié)構(gòu)體系及受力特點(diǎn)，橋梁可劃分為梁、拱、索三種基本體系，以及由基本體系之間組合而形成的組合體系。
1．梁式橋
梁式橋的特點(diǎn)是其橋跨的承載結(jié)構(gòu)由梁組成。在豎向荷載作用下梁的支承處僅產(chǎn)生豎向反力而無水平反力（推力）。梁的內(nèi)力以彎矩和剪力為主。
梁式橋可分為簡支梁橋，連續(xù)梁橋和懸臂梁橋。簡支梁橋的跨越能力有限（一般在50m以下），當(dāng)計算跨徑小于25m時，通常采用混凝土材料，而計算跨徑大于25m時，更多采用預(yù)應(yīng)力混凝土材料。
2．拱式橋
拱式橋的主要承重結(jié)構(gòu)是拱圈或拱肋。其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)在豎向荷載作用下，兩拱腳處不僅產(chǎn)生豎向反力，還產(chǎn)生水平力（推力），由于水平推力的作用使拱中的彎矩和剪力大大地降低。設(shè)計合理的拱主要承受拱軸壓力，拱截面內(nèi)彎矩和剪力均較小，因此可充分利用石料或混凝土等抗壓能力強(qiáng)而抗拉能力差的圬工材料。
拱式橋是推力結(jié)構(gòu)，其墩臺，基礎(chǔ)必須承受強(qiáng)大的拱腳推力。因此拱式橋?qū)Φ鼗蠛芨撸m建于地質(zhì)和地基條件良好的橋址。拱式橋構(gòu)造簡單，承載能力大，造型美觀，是橋梁工程中廣泛采用的橋型之一。
3．懸索橋
懸索橋又稱吊橋，其特點(diǎn)是橋梁的主要承重結(jié)構(gòu)由橋塔和懸掛在塔上的高強(qiáng)度柔性纜索及吊索，加勁梁和錨錠結(jié)構(gòu)組成。橋跨上的荷載由加勁梁承受，并通過吊索將其傳至纜索。主纜索是主要承重結(jié)構(gòu)，但其僅受拉力。纜索本身是幾何可變體，但可通過橋塔，錨錠結(jié)構(gòu)及作用的荷載相組合，在空間形成有一定幾何形狀的平衡受力結(jié)構(gòu)體系。主纜索的拉力通過對橋塔的壓力和錨錠結(jié)構(gòu)的拉力傳至基礎(chǔ)和地基。這種橋型充分發(fā)揮了高強(qiáng)鋼纜的抗拉性能，使其結(jié)構(gòu)自重較輕，能以較小的建筑高度跨越其他任何橋型無法比擬的特大跨度。
4．組合體系
組合體系橋是指承重結(jié)構(gòu)采用兩種基本結(jié)構(gòu)體系，或一種基本體系與某些構(gòu)件（塔，柱，索等）組合在一起的橋。代表性的組合體系有以下幾種。
（1）剛架橋
剛架橋是梁與立柱（墩柱、豎墻）剛性連接的結(jié)構(gòu)體系。剛架橋的特點(diǎn)是在豎向荷載作用下，柱腳處不僅產(chǎn)生豎向反力，同時產(chǎn)生水平反力，使其基礎(chǔ)承受較大推力。結(jié)構(gòu)中梁和柱的截面均作用有彎矩，剪力和軸力。由于梁和柱結(jié)點(diǎn)為剛結(jié)，梁端部承受負(fù)彎矩，使梁跨中彎矩減小，跨中截面尺寸也可相應(yīng)減小；與一般墩臺不同，剛架橋的支柱（墩臺）不僅承受壓力，還承受較大彎矩，通常采用較小的鋼筋混凝土或預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件。由于剛架橋的上述特點(diǎn)，在城市中當(dāng)遇到線路立體交叉或需要跨越通航江河時，常采用這種橋型以降低線路標(biāo)高，減少路堤土方量。當(dāng)橋面標(biāo)高已確定時，能增加橋下凈空。
T型剛構(gòu)是目前修建較大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁的常用橋型之一，與其他剛架橋的受力特點(diǎn)不同，它屬于無推力結(jié)構(gòu)。它是由單獨(dú)立柱與主梁連接成整體，形成T形，各T形剛架之間以剪力鉸或掛梁相連，在豎向荷載作用下，無水平力產(chǎn)生。T形剛架橋的懸臂部分主要承受負(fù)彎矩，預(yù)應(yīng)力筋通常布置在橋面，與懸臂施工方法實(shí)現(xiàn)高度協(xié)調(diào)一致。T形剛架橋的懸臂一般為對稱布置，使支柱僅在活載作用時才有彎矩作用。
（2）梁、拱組合體系
所示為一種梁和拱的組合體系，此時梁和拱都是主要承重結(jié)構(gòu)兩者相互配合共同受力。由于吊桿將梁向上（與荷載作用方向相反）吊住，著就顯著減小了梁中彎矩；同時由于拱和梁連接在一起，拱的水平推力就傳給梁承受，這樣梁除了受彎矩以外尚且受拉。這種組合體系橋能跨越較一般簡支梁橋更大的跨度，而墩臺沒有推力，因此，對地基的要求就與一般簡支梁橋一樣。拱置于梁的下方，通過立柱對梁起輔助支承作用的組合體系橋。
（3）斜拉橋
斜拉橋是典型的懸索結(jié)構(gòu)和梁式結(jié)構(gòu)組合的結(jié)構(gòu)體系。這一結(jié)構(gòu)體系由主梁，纜索和塔架組成，充分利用了懸索結(jié)構(gòu)和梁結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，其組合相當(dāng)合理。在結(jié)構(gòu)體系中，梁結(jié)構(gòu)直接承受橋面外荷載引起的彎矩和剪力，橋塔兩側(cè)的斜拉索張緊后為梁結(jié)構(gòu)提供彈性
支承，同時承受由荷載引起的拉力，其拉力的豎向分量通過橋塔傳至基礎(chǔ)和地基；斜拉索中荷載引起拉力的水平分量，使橋結(jié)構(gòu)承受軸向壓力，相當(dāng)于對梁結(jié)構(gòu)施加預(yù)應(yīng)力。此外，通過調(diào)整斜拉索間距可改變彈性支承的間距，使梁內(nèi)力分布更加均勻合理，因而減小了主梁的建筑高度，提高了跨越能力。與懸索橋相比，斜拉橋的斜拉索直接作用于主梁結(jié)構(gòu)，使結(jié)構(gòu)體系的抗彎、抗扭的剛度大大增強(qiáng)，抗風(fēng)穩(wěn)定性也明顯改善。由于斜拉索的拉力的水平分量由梁結(jié)構(gòu)承擔(dān)，因而也不再需要巨大的錨錠結(jié)構(gòu)。
5、交通工程設(shè)施
交通工程設(shè)施是針對高等級公路行車速度快、通過能力大、交通事故少、服務(wù)水平高的特點(diǎn)而設(shè)置的，它包括交通安全設(shè)施、服務(wù)設(shè)施和管理設(shè)施三種。
