公路桥梁结构分类及评估

结构工程上的构件有弯、压、拉三种基本受力方式。由基本构件组成的桥梁结构，按受力体系可分为梁、拱、索吊三大基本体系，如梁桥以受弯为主，拱桥以受压为主，悬索桥以受拉为主。由三大基本体系的相互组合，派生出刚架桥、斜拉桥等组合体系桥。

1.1.1　梁式桥

梁式桥是一种在竖向荷载作用下无水平反力的结构，主梁为主要承重构件。在承受竖向荷载作用下，主梁受弯、支座承受竖向的力。与同样跨径的其他结构体系相比，主梁内产生的弯矩最大，需要用抗弯、抗拉能力强的材料（如钢材、钢筋混凝土、预应力钢筋混凝土等）来建造。对于中、小跨径桥梁，目前在公路上应用最广的是标准跨径的预应力钢筋混凝土简支梁桥、连续梁桥（图1-2-1）。梁式桥的结构简单、施工方便，但跨度一般不超过50 m，大跨径的大桥、特大桥也可采用钢梁和钢—混凝土组合梁桥。

图1-2-1　梁式桥

（a）简支梁桥；（b）连续梁桥

1.1.2　拱式桥

拱式桥的主要承重结构是拱圈或拱肋。在竖向荷载作用下，桥墩和桥台将承受水平推力，同时，墩台向拱圈（拱肋）提供水平反力。这种水平反力可大大抵消在拱圈（拱肋）内由荷载所引起的弯矩。因此，与同跨径的梁式桥相比，拱圈（拱肋）受到的弯矩显著降低，即拱圈（拱肋）主要以受压为主，通常可用抗压能力强的圬工材料（如砖、石、混凝土）和钢筋混凝土等来建造。

拱式桥跨径一般在500 m以内，不仅跨越能力强，而且外形美观。但下部结构和地基承受很大水平推力作用，对基础与地基要求比梁式桥要高。在地基条件不适用于修建具有很大推力的拱式桥的情况下，也可采用水平推力由受拉系杆来承受的系杆拱桥。图1-2-2所示为拱式桥的3种形式。

图1-2-2　拱式桥

（a）上承式；（b）中承式；（c）下承式

1.1.3　刚构桥

刚构桥是梁（板）与立柱（竖墙）固结在一起的刚架结构，其受力状态介于梁式桥与拱式桥之间。在竖向荷载作用下，柱脚处具有水平反力。梁部主要受弯和梁内轴力，但弯矩值较同跨径的简支梁小，墩梁固结省去了大型支座，结构整体性强、抗震性能好。因此，刚构桥是目前大跨径预应力混凝土桥梁的主要桥型。

（1）门式刚构桥，其腿和梁垂直相交呈门形构造，可分为单跨门构、双悬臂单跨门构、多跨门构和三跨两腿门桥。前三种跨越能力不大，适用于跨线桥，要求地质条件良好，可用钢和钢筋混凝土结构建造。图1-2-3（a）所示为门式刚构桥。

（2）斜腿刚构桥，桥墩为斜向支撑的刚构桥，腿和梁所受的弯矩比同跨径的门式刚构桥显著减小，而轴向压力有所增加；同上承式拱桥相比不需要设拱上建筑，使构造简化；桥形美观、宏伟，跨越能力较大，适用于峡谷桥和高等级公路的跨线桥，多采用钢和预应力混凝土结构建造。如图1-2-3（b）所示为斜腿刚构桥。(www.xing528.com)

（3）T形刚构桥（带挂孔的或不带挂孔的），是修建较大跨径混凝土桥梁曾采用的桥形。由于T形刚构桥悬臂处于一种不受约束的自由变形状态，在车辆荷载作用下，悬臂内的弯、扭应力较大，各个方向均易产生裂缝。另外，由于混凝土徐变会使悬臂端产生一定的下挠，不仅损坏了伸缩缝，而且车辆在此跳车，给悬臂以附加冲击力，对桥梁受力也不利，目前这种桥形已较少采用。图1-2-3（c）所示为T形刚构桥。

（4）连续刚构桥，有两个以上主墩采用墩梁固结，具有T形刚构桥的优点。但与连续梁桥、T形刚构桥相比，连续刚构桥保持了上部构造连续梁的属性，跨越能力大，施工难度小，行车舒顺，养护简便，使用较为广泛。图1-2-3（d）所示为连续刚构桥。

图1-2-3　刚构桥

（a）门式刚构桥；（b）斜腿刚构桥；（c）T形刚构桥；（d）连续刚构桥

1.1.4　斜拉桥

斜拉桥由塔柱、斜拉索和主梁组成（图1-2-4），斜拉索将主梁多点吊起，并将主梁的恒载和车辆等其他荷载传递至塔柱，再通过塔柱基础传递至地基。主梁就像多点弹性支承的连续梁一样工作，从而使主梁内的弯矩、主梁尺寸大大减小，结构自重显著减轻，大幅度提高了斜拉桥的跨越能力。斜拉索的组成和布置、塔柱形式及主梁的截面形状是多种多样的，由于塔柱、斜拉索和主梁构成稳定的三角形，故结构刚度较大，抗风能力较悬索桥要好得多。但是，塔柱过高，斜拉索过长，索垂度的影响使索的刚度大幅下降，一般为500～1.0.0m跨径使用较多。

图1-2-4　斜拉桥

1.1.5　悬索桥

悬索桥又称吊桥，通常由索塔、锚碇、主缆、吊索和加劲梁组成（图1-2-5）。悬挂在两边塔架上的主缆作为主要承重结构，在桥面系竖向荷载作用下，通过吊杆使缆索承受拉力，缆索锚于悬索桥两端的锚碇结构中。锚碇承受巨大的缆索拉力，锚碇一般采用巨大的钢筋混凝土（重力式锚碇）或依靠天然完整的岩体来承受水平拉力（隧道式锚碇）。悬索桥自重较轻，受力明确，能够跨越任何其他桥形无法达到的特大跨度，适用于特大跨径桥梁。

图1-2-5　悬索桥

1.1.6　组合体系桥

组合体系桥是指主要承重构件由不同体系结构体组合而成的桥梁，如拱和梁的组合、斜拉和刚构组合、斜拉和悬索组合等。组合体系可以是静定结构，也可以是超静定结构；可以是无推力结构，也可以是有推力结构。结构构件可以用同一种材料，也可以用不同的材料制成。图1-2-6所示为斜拉—悬索组合桥。

图1-2-6　斜拉—悬索组合桥