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，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，其特點是橋梁的主要承重結(jié)構(gòu)由橋塔和懸掛在塔上的高強度柔性纜索及吊索，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)點為剛結(jié)，梁端部承受負彎矩，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，在城市中當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高，減少路堤土方量。當橋面標高已確定時，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不同，它屬于無推力結(jié)構(gòu)。它是由單獨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彎矩，預(yù)應(yīng)力筋通常布置在橋面，與懸臂施工方法實現(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，其組合相當合理。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，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，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，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，其特點是橋梁的主要承重結(jié)構(gòu)由橋塔和懸掛在塔上的高強度柔性纜索及吊索，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)點為剛結(jié)，梁端部承受負彎矩，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，在城市中當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高，減少路堤土方量。當橋面標高已確定時，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不同，它屬于無推力結(jié)構(gòu)。它是由單獨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彎矩，預(yù)應(yīng)力筋通常布置在橋面，與懸臂施工方法實現(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，其組合相當合理。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，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，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。
