認(rèn)識(shí)我們常見(jiàn)的橋梁

1、認(rèn)識(shí)我們常見(jiàn)的橋梁橋梁是跨越峽谷、山谷、道路、鐵路、河流、其他水域、或其他障礙而建造的結(jié)構(gòu)，是一種由水面或地面突出來(lái)的高架，用來(lái)連著橋頭橋尾兩邊路。橋梁的目的是允許人、車(chē)輛、火車(chē)或船舶穿過(guò)障礙。橋可以打橫搭著谷河或者海峽兩邊，又或者起在地上升高，檻過(guò)下面的河或者路，讓下面交通暢通無(wú)阻。橋是一種用來(lái)跨越障礙的大型構(gòu)造物。確切的說(shuō)是用來(lái)將交通路線（如道路、鐵路、水道等）或者其他設(shè)施（如管道、電纜等）跨越天然障礙（如河流、海峽、峽谷等）或人工障礙（高速公路、鐵路線）的構(gòu)造物?！皹颉痹臼且环N高大的樹(shù)（參見(jiàn)喬木），因?yàn)閴蚋叽螅诚聛?lái)就夠長(zhǎng)放在河面，可以連著兩邊岸，即獨(dú)木橋。直到公元19世紀(jì)，石頭和木材

2、一直是最重要的橋梁建筑材料。公元前6世紀(jì)巴比倫人用柏木和松木建造橋梁。羅馬人開(kāi)始用石頭和混凝土建造拱橋。工業(yè)化開(kāi)始后，1779年，世界上第一座鐵橋出現(xiàn)在英國(guó)。這是一座由工程師Abraham Darby III用新材料鑄鐵修筑的主跨30米的拱橋。隨著橋梁建筑材料的進(jìn)一步發(fā)展，鍛鐵這種具有更高抗拉強(qiáng)度的材料開(kāi)始使用，使長(zhǎng)距離的鐵索吊橋成為可能。一個(gè)具有代表性的例子是威爾士的Menai橋，全長(zhǎng)521米，主跨177米，由Thomas Telford在1818年至1826年間建造。1860年由羅伯特·史蒂芬遜（Robert Stephenson）在威爾士建造的桁架梁橋不列顛大橋，跨徑146米。

3、現(xiàn)代混凝土從1860年開(kāi)始運(yùn)用在橋梁工程中，由Joseph Monier建造的第一座鋼筋混凝土梁橋出現(xiàn)在一個(gè)農(nóng)莊，并且只是跨過(guò)一條小河。大跨徑鋼筋混凝土梁橋從20世紀(jì)起才開(kāi)始建造，例如1930年建造的90米跨徑的Salginatobel橋。第二次世界大戰(zhàn)之后發(fā)展起來(lái)的預(yù)應(yīng)力混凝土技術(shù)終于使纖細(xì)預(yù)應(yīng)力梁橋成為可能。1965年在德國(guó)本多夫修建的跨徑208米的萊茵河大橋，在世界范圍內(nèi)拉開(kāi)了修建大跨徑梁橋的序幕。直到今天這種大跨徑梁橋依然活躍在世界橋梁工程當(dāng)中。隨著預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁同時(shí)發(fā)展起來(lái)的還有鋼結(jié)構(gòu)形式和斜拉橋，世界上第一座此形式的大型的橋梁于1957年出現(xiàn)在德國(guó)的杜塞爾多夫，總長(zhǎng)914米，跨徑

4、260米。我們常見(jiàn)的橋可以按照不同的分類(lèi)方法進(jìn)行分類(lèi)。常見(jiàn)的分類(lèi)方法是根據(jù)形式和構(gòu)造、材料以及功能等。一、按形式和構(gòu)造分類(lèi)按形式和構(gòu)造主要分為梁式橋、拱式橋、斜拉橋、懸索橋。1. 梁式橋梁橋是以受彎為主的主梁作為承重構(gòu)件的橋梁（見(jiàn)下圖）。主梁可以是實(shí)腹梁或桁架梁。實(shí)腹梁構(gòu)造簡(jiǎn)單，制造、架設(shè)和維修均較方便，廣泛用于中、小跨度橋梁，但在材料利用上不夠經(jīng)濟(jì)。實(shí)腹梁橋的最早形式是用原木做成的木梁橋和用石材做成的石板橋，由于天然材料本身的尺寸、性能、資源等原因，木橋現(xiàn)在已基本不采用，石板橋也只用作小跨度人行橋。桁架梁的桿件承受軸向力，材料能充分利用，自重較輕，跨越能力大，多用于建造大跨度橋梁。按照主梁的

5、靜力體系，分為簡(jiǎn)支梁橋、連續(xù)梁橋和懸臂梁橋。簡(jiǎn)支梁橋梁橋主梁以孔為單元，兩端設(shè)有支座，是靜定結(jié)構(gòu)。一般適用于中、小跨度，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造、運(yùn)輸和架設(shè)均甚方便，多做成標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，以便于構(gòu)件生產(chǎn)工藝工業(yè)化、施工機(jī)械化，提高質(zhì)量，降低造價(jià)。連續(xù)梁橋主梁若干孔為一聯(lián)，連續(xù)支承在幾個(gè)支座上，是超靜定結(jié)構(gòu)。當(dāng)跨度較大時(shí)，采用連續(xù)梁較省材料，更適合用懸臂拼裝或懸臂灌筑、縱向拖拉或頂推法施工。懸臂梁橋上部結(jié)構(gòu)由錨固孔、懸臂和懸掛孔組成，懸掛孔支承在懸臂上，用鉸相聯(lián)。有單懸臂梁橋（三跨構(gòu)成，中跨較大以滿足通航要求）和雙懸臂梁橋（可構(gòu)成多跨的長(zhǎng)大梁橋）。梁橋?yàn)闃蛄旱幕倔w系之一，使用廣泛，在橋梁建筑中占有很大比例，其

6、上部結(jié)構(gòu)可以是木結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)或鋼筋混凝土橋面板和鋼梁的組合結(jié)構(gòu)。2. 拱式橋以承受軸向壓力為主的拱（稱為主拱圈）作為主要承重構(gòu)件的橋梁（見(jiàn)下圖）。a.按照主拱圈的受靜力形式，拱轎可分為三鉸拱、兩鉸拱和無(wú)鉸拱。拱的種類(lèi)：三鉸拱、兩鉸拱、無(wú)鉸拱、帶拉桿拱。帶拉桿的拱：在屋架中，為消除水平推力對(duì)墻或柱的影響，在兩橋梁支座間增加一拉桿，由拉桿來(lái)承擔(dān)水平推力。b.按照主拱圈的構(gòu)成形式，拱又可分為板拱、肋拱、雙曲拱、箱形拱、桁架拱等。板拱：拱圈橫截面呈矩形實(shí)體截面，它橫向整體性較好、拱圈截面高度小、構(gòu)造簡(jiǎn)單，但抵抗彎矩能力較差，一般用于圬工拱橋。肋拱：拱圈是由兩條或多條拱

7、肋組成，肋與肋之間用橫系梁相聯(lián)系，拱肋形狀可以是矩形、工字形、箱形或圓管形，它的抗彎能力較板拱為優(yōu)，用料較省，但制作較板拱復(fù)雜，多用于鋼筋混凝土拱橋或鋼拱橋。雙曲拱：60年代以后，在中國(guó)普遍采用的一種拱式橋梁。它在橫向除有拱肋外，還有由拱波、拱板等構(gòu)成的小拱將整個(gè)拱圈聯(lián)結(jié)成整體，它在施工時(shí)可以將拱肋、拱波預(yù)制，安裝后再澆筑拱板，減輕吊裝重量，并可以不用拱架，或只需用簡(jiǎn)單支架，為混凝土拱橋提供了一種新的結(jié)構(gòu)形式和簡(jiǎn)便易行的施工方法。但需采取措施保證拱圈的整體性。箱形拱：橫截面可為整體多室箱形或分離箱形。混凝土或鋼筋混凝土箱形拱也可采用無(wú)支架施工。它的整體性、橫向穩(wěn)定性和抗扭性能都較雙曲拱的結(jié)構(gòu)為

8、好，但在中、小跨徑時(shí)不如雙曲拱簡(jiǎn)便和節(jié)省鋼材。桁架拱：拱圈由桁架構(gòu)成，可做成桁肋拱或肩拱形式。桁架拱的材料用量較經(jīng)濟(jì)，但桁架的某些桿件將承受拉力，故主要用在鋼拱橋或預(yù)應(yīng)力混凝土拱橋中。c.拱還可按拱上建筑的形式不同而分為實(shí)腹式拱和空腹式拱。實(shí)腹式拱是將主拱圈以上至橋面間的空間全部用填料填實(shí)，一般用于小跨徑的橋梁；空腹式拱則在主拱圈以上設(shè)有橫橋向貫通的腹孔，一般用于中等以上跨徑的橋梁。趙州橋是現(xiàn)存修建最早的空腹式拱橋。拱的受力特點(diǎn)：在豎向荷載作用下產(chǎn)生水平推力。拱與梁的區(qū)別：看是否有水平推力。拱的內(nèi)力特點(diǎn)：與簡(jiǎn)支梁相比拱的彎矩、剪力較小，軸力較大（壓力），應(yīng)力沿截面高度分布較均勻。節(jié)省材料，減輕

9、自重，能跨越大跨度。宜采用磚、石、混凝土等材料。缺點(diǎn)：拱對(duì)基礎(chǔ)或下部結(jié)構(gòu)施加水平推力，增加了下部結(jié)構(gòu)的材料用量，對(duì)地基要求高。3.斜拉橋斜拉橋作為一種拉索體系，斜拉橋比梁式橋的跨越能力更大，是大跨度橋梁的最主要橋型。斜拉橋由許多直接連接到塔上的鋼纜吊起橋面，斜拉橋主要由索塔、主梁、斜拉索組成。索塔型式有A型、倒Y型、H型、獨(dú)柱，材料有鋼和混凝土的。斜拉索布置有單索面、平行雙索面、斜索面等。第一座現(xiàn)代斜拉橋是1955年德國(guó)DEMAG公司在瑞典修建的主跨為182.6米的斯特倫松德（Stromsund）橋。目前世界上建成的最大跨徑的斜拉橋?yàn)槎砹_斯的俄羅斯島大橋，主跨徑為1104米,于2012年7月完

10、工。斜拉橋是將梁用若干根斜拉索拉在塔柱上的橋。它由梁、斜拉索和塔柱三部分組成。斜拉橋是一種自錨式體系，斜拉索的水平力由梁承受。梁除支承在墩臺(tái)上外，還支承在由塔柱引出的斜拉索上。按梁所用的材料不同可分為鋼斜拉橋、結(jié)合梁斜拉橋和混凝土梁斜拉橋。斜拉橋橋承受的主要荷載并非它上面的汽車(chē)或者火車(chē)，而是其自重，主要是主梁。以一個(gè)索塔為例，索塔的兩側(cè)是對(duì)稱的斜拉索，通過(guò)斜拉索將索塔主梁連接在一起。假設(shè)索塔兩側(cè)只有兩根斜拉索，左右對(duì)稱各一條，這兩根斜拉索受到主梁的重力作用，對(duì)索塔產(chǎn)生兩個(gè)對(duì)稱的沿著斜拉索方向的拉力，根據(jù)受力分析，左邊的力可以分解為水平向向左的一個(gè)力和豎直向下的一個(gè)力；同樣的右邊的力可以分解為水

11、平向右的一個(gè)力和豎直向下的一個(gè)力；由于這兩個(gè)力是對(duì)稱的，所以水平向左和水平向右的兩個(gè)力互相抵消了， 最終主梁的重力成為對(duì)索塔的豎直向下的兩個(gè)力，這樣，力又傳給索塔下面的橋墩了。斜拉索數(shù)量再多，道理也是一樣的。之所以要很多條，那是為了分散主梁給斜拉索的力而已。4.懸索橋吊橋是以承受拉力的纜索或鏈索作為主要承重構(gòu)件的橋梁（見(jiàn)下圖）。懸索橋由懸索、索塔、錨碇、吊桿、橋面系等部分組成。懸索橋的主要承重構(gòu)件是懸索，它主要承受拉力，一般用抗拉強(qiáng)度高的鋼材（鋼絲、鋼絞線、鋼纜等）制作。由于懸索橋可以充分利用材料的強(qiáng)度，并具有用料省、自重輕的特點(diǎn)，因此懸索橋在各種體系橋梁中的跨越能力最大，跨徑可以達(dá)到1000

12、米以上。懸索橋的主要缺點(diǎn)是剛度小，在荷載作用下容易產(chǎn)生較大的撓度和振動(dòng)，需注意采取相應(yīng)的措施。按照橋面系的剛度大小，懸索橋可分為柔性懸索橋和剛性懸索橋。柔性懸索橋的橋面系一般不設(shè)加勁梁，因而剛度較小，在車(chē)輛荷載作用下，橋面將隨懸索形狀的改變而產(chǎn)生S形的變形，對(duì)行車(chē)不利，但它的構(gòu)造簡(jiǎn)單，一般用作臨時(shí)性橋梁。剛性懸索橋的橋面用加勁梁加強(qiáng)，剛度較大。加勁梁能同橋梁整體結(jié)構(gòu)承受豎向荷載。除以上形式外，為增強(qiáng)懸索橋剛度，還可采用雙鏈?zhǔn)綉宜鳂蚝托钡鯒U式懸索橋等形式，但構(gòu)造較復(fù)雜。橋面支承在懸索（通常稱大攬）上的橋稱為懸索橋。英文為Suspension Bridge，是"懸掛的橋梁"之意

13、，故也有譯作"吊橋"的。"吊橋"的懸掛系統(tǒng)大部分情況下用"索"做成，故譯作"懸索橋"，但個(gè)別情況下，"索"也有用剛性桿或鍵桿做成的，故譯作"懸索橋"不能涵蓋這一類(lèi)用橋。和拱肋相反，懸索的截面只承受拉力。簡(jiǎn)陋的只供人、畜行走用的懸索橋常把橋面直接鋪在懸索上。通行現(xiàn)代交通工具的懸索橋則不行，為了保持橋面具有一定的平直度，是將橋面用吊索掛在懸索上。和拱橋不同的是，作為承重結(jié)構(gòu)的拱肋是剛性的，而作為承重結(jié)構(gòu)的懸索則是柔性的。為了避免在車(chē)輛駛過(guò)時(shí)，橋面隨著懸索一起變形，現(xiàn)代懸索橋一般均

14、設(shè)有剛性梁（又稱加勁梁）。橋面鋪在剛性梁上，剛性梁吊在懸索上。現(xiàn)代懸索橋的懸索一般均支承在兩個(gè)塔柱上。塔頂設(shè)有支承懸索的鞍形支座。承受很大拉力的懸索的端部通過(guò)錨碇固定在地基中，個(gè)別也有固定在剛性梁的端部者，稱為自錨式懸索橋。二、按建筑材料分類(lèi)按主要承重結(jié)構(gòu)所用的材料來(lái)劃分，有木橋、鋼橋、圬工橋(包括磚、石、混凝土橋)、鋼筋混凝土橋和預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土橋。木橋用木料建造的橋梁。木橋的優(yōu)點(diǎn)是可就地取材，構(gòu)造簡(jiǎn)單，制造方便，小跨度多做成梁式橋，大跨度可做成行架橋或拱橋。其缺點(diǎn)是容易腐朽、養(yǎng)護(hù)費(fèi)用大、消耗木材、且易引起火災(zāi)。多用于臨時(shí)性橋梁或林區(qū)橋梁。鋼橋橋跨結(jié)構(gòu)用鋼材建造的橋梁。鋼材強(qiáng)度高，性能優(yōu)越，

15、表觀密度與容許應(yīng)力之比值小，故鋼橋跨越能力較大。鋼橋的構(gòu)件制造最合適工業(yè)化，運(yùn)輸和安裝均較為方便，架設(shè)工期較短，破壞后易修復(fù)和更換，但鋼材易銹蝕，養(yǎng)護(hù)困難。圬工橋用磚、石或素混凝土建造的橋。這種橋常作成以抗壓為主的拱式結(jié)構(gòu)，有磚拱橋、石拱橋和素混凝土拱橋等。由于石料抗壓強(qiáng)度高，且可就地取材，故在公路和鐵路橋梁中，以石拱橋用的較多鋼筋混凝土橋又稱普通鋼筋混凝土橋。橋跨結(jié)構(gòu)采用鋼筋混凝土建造的橋梁。這種橋梁，沙石骨料可以就地取材，維修簡(jiǎn)便，行車(chē)噪音小，使用壽命長(zhǎng)，并可采用工業(yè)化和機(jī)械化施工，與鋼橋相比，鋼材用量與養(yǎng)護(hù)費(fèi)用均較少，但自重大，對(duì)于特大跨度的橋梁，在跨越能力與施工難易度和速度方面，常不及

16、鋼橋優(yōu)越預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土橋橋跨結(jié)構(gòu)采用預(yù)應(yīng)力混凝土建造的橋梁。這種橋梁，利用鋼筋或鋼絲（索）預(yù)張力的反力，可使混凝土在受載前預(yù)先受壓，在運(yùn)營(yíng)階段不出現(xiàn)拉應(yīng)力（稱全預(yù)應(yīng)力混凝土），或有拉應(yīng)力而未出現(xiàn)裂縫或控制裂縫在容許寬度內(nèi)（稱部分預(yù)應(yīng)力混凝土）。其優(yōu)點(diǎn)是：能合理利用高強(qiáng)度混凝土和高強(qiáng)度的鋼材，從而可節(jié)約鋼材，減輕結(jié)構(gòu)自重，增大橋梁的跨越能力；改善了結(jié)構(gòu)受拉區(qū)的工作狀態(tài)，提高結(jié)構(gòu)的抗裂性，從而可提高結(jié)構(gòu)的剛度和耐久性；在使用荷載階段，具有較高的承載能力和疲勞強(qiáng)度；可采用懸臂澆筑法或懸臂拼裝法施工，不影響橋下通航或交通；便于裝配式混凝土結(jié)構(gòu)的推廣。隨著材料科學(xué)的發(fā)展，尤其是復(fù)合材料性能的不斷進(jìn)步，

17、越來(lái)越多的橋梁開(kāi)始應(yīng)用復(fù)合材料制造核心部件。日本與美國(guó)將FRP材料制造的鋼筋或預(yù)應(yīng)力索應(yīng)用在鋼筋混凝土橋中；而世界各國(guó)軍隊(duì)都將復(fù)合材料用在舟橋車(chē)上，以便可以快速架設(shè)大跨度浮橋；對(duì)于一些擁有較長(zhǎng)歷史的橋梁，出于保護(hù)目的，一般會(huì)在不改變橋梁結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上對(duì)橋面進(jìn)行翻修、加固甚至拓寬，這種情況下通常也會(huì)采用復(fù)合材料，例如瑞士在翻新沃州阿旺河上已有100年歷史的道路橋時(shí)，采用了思瑞安COLEVO橋架板，使得橋梁在具有較好的承載能力的同時(shí)，具有較低的密度，降低了橋梁的質(zhì)量。常用于橋梁的復(fù)合材料有FRP（纖維增強(qiáng)復(fù)合塑料），CFRP（碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料），GFRP（玻璃纖維增強(qiáng)塑料），此外，作為夾層結(jié)構(gòu)材料

18、的芯材常采用BALTEK（巴沙輕木）、PET泡沫（AIREX）等等。三、按跨徑分類(lèi)按跨徑分類(lèi)是一種行業(yè)管理的手段，與橋梁工程設(shè)計(jì)和施工的技術(shù)難度無(wú)關(guān)。按照2003年最新的公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（JTG B01-2003）第五章：橋涵分類(lèi)規(guī)定特大橋：橋梁總長(zhǎng)L>1000m或計(jì)算跨徑L0>150m。大橋：橋梁總長(zhǎng)100mL1000m或計(jì)算跨徑40mL0150m。中橋：橋梁總長(zhǎng)30mL100m或計(jì)算跨徑20mL040m。小橋：橋梁總長(zhǎng)8mL30m或計(jì)算跨徑5mL020m。涵洞：計(jì)算跨徑小于5米四、按橋面位置分類(lèi)上承式：橋的橋面布置在橋跨結(jié)構(gòu)的頂面，其橋垮結(jié)構(gòu)的寬度可以較小，構(gòu)造簡(jiǎn)單，橋上視線不受阻擋；下承式：下承式橋的橋面布置在橋跨構(gòu)的下都，其建筑高度（自軌底至梁底的尺寸）較小，增加橋下凈空，但橋跨結(jié)構(gòu)較寬，構(gòu)造比較復(fù)雜；中承式：中承式橋的橋面置于橋跨結(jié)構(gòu)的中部，主要用于拱式橋跨結(jié)構(gòu)五、按使用功能分類(lèi)按使用功能可分為公路橋、人行橋、鐵路橋、運(yùn)河橋等。六、按使用年限分類(lèi)分為臨時(shí)性橋、永久性橋和半永久性橋。七、橋梁主要構(gòu)件這里用公路橋的各部分構(gòu)件舉例（見(jiàn)下圖），并不是所有的橋都有這些全部構(gòu)件，而有些橋還會(huì)增加一些附加構(gòu)件，也不是每一個(gè)公路橋都擁有全部這些構(gòu)件，而是根據(jù)設(shè)計(jì)要求選擇使用。上部結(jié)構(gòu)橋梁的上部結(jié)構(gòu)主要由行車(chē)道板、