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桥涵分类及构成原理

时间:2023-06-23 理论教育 版权反馈
【摘要】:② 梁式桥、板式桥的多孔跨径总长为多孔标准跨径的总长;拱式桥为两岸桥台内起拱线间的距离;其他形式桥梁为桥面系行车道长度。③ 管涵及箱涵不论管径或跨径大小、孔数多少,均称为涵洞。缆索、塔和地锚构成悬索桥的受力主体。

桥涵分类及构成原理

1. 按工程规模分类

桥梁的多孔跨径总长和单孔跨径都是桥梁建设规模的标志,据此可以将桥涵分为特大桥、大桥、中桥、小桥和涵洞,但是公路和铁路桥对此分类是不同的,详见下述。

(1)根据《铁路桥涵设计规范》(TB 10002—2017),铁路桥梁按其长度分类为:

特大桥——桥长500 m 以上;

大桥——桥长100 m 以上至500 m;

中桥——桥长20 m 以上至100 m;

小桥——桥长20 m 及以下。

(2)根据《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60—2015),公路桥涵按其长度分类如表1.2.1。

表1.2.1 公路桥分类

注:① 表中的单孔跨径指标准跨径。② 梁式桥、板式桥的多孔跨径总长为多孔标准跨径的总长;拱式桥为两岸桥台内起拱线间的距离;其他形式桥梁为桥面系行车道长度。③ 管涵及箱涵不论管径或跨径大小、孔数多少,均称为涵洞。

另外,表1.2.2 中所示均为特大桥。

表1.2.2 特大桥分类

2. 按主体结构的材料分类

桥梁按主体结构的材料分有钢桥、混凝土桥、石桥、木桥等。混凝土桥又分为钢筋混凝土桥、应力混凝土桥、部分预应力混凝土桥等。工程上常把混凝土桥和砖石桥通称为圬工桥。

3. 按用途分类

桥梁按用途分有铁路桥、公路桥、城市道路桥、轻轨铁道桥、公铁两用桥、人行及自行车桥、输水桥(渡槽)等。

4. 按跨越的障碍分类

桥梁按跨越的障碍分有跨河桥、跨谷桥、跨线桥、立交桥、高架桥、旱桥(栈桥)等。

5. 按平面布置分类

桥梁按平面布置分有正桥(直桥)、斜桥、弯桥(曲线梁桥)、坡桥和匝道桥等。正桥是指桥梁所在线路与所跨河流或线路正交的情况。大跨桥梁应该做成正桥,但是对小桥特别是公路上的中小型桥梁,由于其走向多服从线路,所以一般做成斜桥,即桥梁与所跨河流或线路斜交,交角不是90°。曲线线路上的梁桥可以做成曲线梁(如位于城市立交匝道上的桥),也可以使用多跨直梁而按折线布置成曲线的形式。

6. 按结构体系分类

桥梁按结构体系分,最基本的有梁式桥、拱式桥和悬索桥等。梁、拱、索与墩、塔、柱等构件可以组合成各种组合体系桥梁,如斜拉桥

(1)梁式体系。

梁桥包括简支梁桥、连续梁桥和悬臂梁桥。(www.xing528.com)

梁式桥在竖向荷载作用下支座只产生竖向反力,梁部结构只受弯、剪(有时也受扭),不承受轴向力。简支梁桥(图1.2.3)在要求不高的线路上不受地基条件的限制,适用广泛且易于标准化,但其受跨中正弯矩限制,跨度不宜过大。钢筋混凝土简支梁桥一般适用于跨径在20 m 以下的公路和铁路桥,预应力混凝土简支梁桥一般适用于跨径在50 m 以下的公路桥梁和16~40 m 的铁路桥梁。采用箱形截面的预应力混凝土简支梁的跨度在有特殊需要时可以提高,例如杭州湾跨海大桥的预应力混凝土箱形梁长70 m,宽15 m,质量达2 196 t。我国铁路简支梁跨径也达到64 m。

图1.2.3 梁式桥

连续梁由于中间支座负弯矩的抵消作用,跨度相应可以增大。日本的浜名公路桥跨径达到240 m,我国2000 年建成的南京长江二桥北汊桥最大跨径达到165 m。我国铁路预应力混凝土连续梁跨径最大达到104 m,德国美因河铁路桥(无砟轨道)最大跨径达到130 m。悬臂梁桥在弯矩分布和材料用量上保持着连续梁的优点,而梁的应力不受基础不均匀沉降的影响,但对行车较为不利,故一般多在地质条件不宜修建连续梁桥时才考虑悬臂梁方案。

连续刚构桥的桥墩比较柔,在竖向荷载作用下墩顶基本为竖向反力,所以一般将它归到梁桥的范畴。我国修建了大量的预应力混凝土连续刚构桥:2006 年投入运营的重庆石板坡长江大桥复线桥,主跨跨中采用103 m 的钢箱梁,加上两端的钢混结合段,使主跨达到了330 m,截至目前,成了世界最大跨径连续刚构桥。还有1997 年建成的虎门大桥辅航道桥,跨径组成为150 m+270 m+150 m,跨径纪录被挪威斯道摩(Stolma)桥刷新。在国外,1998 年建成的挪威斯道摩(Stolma)桥最大跨径达到301 m,该桥在中跨182 m 的范围内采用高强轻质混凝土,有效降低了桥梁的自重弯矩。刚架桥的桥跨结构与墩台连成一刚性整体,在竖直荷载作用下,墩顶有竖向反力和水平反力,无铰刚架还有支撑弯矩。但刚架以承受弯矩为主,兼受轴力和剪力。它与连续刚构的区别是:墩的刚度较大,在柱脚处会产生可观的水平反力和支撑弯矩。

(2)拱式体系。

拱桥是在我国使用很广泛的一种桥梁体系。拱桥与梁桥,不仅在外形上不同,在受力性能上两者也有本质差别。拱桥在竖向荷载作用下,支座处产生竖向、水平力和弯矩(图1.2.4)。桥跨主要承重部分是拱肋、拱圈或拱桁架。拱主要承受压力,但也受剪受弯。拱桥不仅可以利用钢、钢筋混凝土等材料来修建,而且还可以根据拱主要承受压力这一特点,充分利用抗压性能较好而抗拉性能较差的圬工材料(石料、混凝土、砖等)来修建,这种由圬工材料修建的拱桥又称为圬工拱桥。拱是有水平推力的结构,对地基要求较高,一般常建于地基良好的地区。

图1.2.4 拱式桥受力示意图

(3)悬索体系。

悬索桥(图1.2.5)又称吊桥,主要由桥塔、主缆、加劲梁、锚碇和吊索等组成。其缆索跨过塔顶锚固于河岸上或自身,是桥的承重结构,其桥面系通过吊杆悬挂于缆索上,属于桥面系的加劲梁承受交通活载,但不是主要的受力构件,其上的荷载和本身自重全部传给缆索,缆索受的力通过地锚和索塔传给地基。缆索、塔和地锚构成悬索桥的受力主体。大跨度悬索桥桥塔采用钢或混凝土材料建造,小跨度悬索桥则采用圬工材料建造。

图1.2.5 悬索桥

(4)组合体系(图1.2.6)。

由梁、拱和索可以组合成多种形式的组合体系桥梁,比如梁拱组合成的系杆拱桥、梁索组合成的斜拉桥等,另外还有钢管混凝土拱桥等。梁、拱组合体系中有系杆拱、桁架拱、多跨拱梁结构等。它们利用梁的受弯与拱的承压特点组成联合结构。斜拉桥是由承压的塔、受拉的索与承弯的梁体组合起来的一种结构体系。

图1.2.6 组合桥体系

另外,桥梁还有其他许多的分类方法,比如:按施工方法分类可以将桥梁分为整体式桥梁和节段式桥梁;按梁的截面形式分类可将桥梁分为T 梁桥、箱梁桥等;按行车道在桥跨结构的上、中、下部分类可将桥梁分为上承式桥(图1.2.7)、中承式桥(图1.2.8)和下承式桥(图1.2.9);桥梁还有固定式、开放式(图1.2.10)和活动式(如浮桥、舟桥)之分。

图1.2.7 上承式桥

图1.2.8 中承式桥

图1.2.9 下承式桥

图1.2.10 开启桥

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