宋胜利

身份证号：410526197204090554

桥梁工程概论

宋胜利

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从桥梁工程入手，系统地介绍桥梁的基本组成部分、桥梁的分类及结构，提出了未来桥梁的发展前景，供同行参考。

桥梁结构；分类；桥梁特点；施工

1　桥梁的基本知识

1.1桥梁的基本组成部分

①桥跨结构又称桥孔结构、上部结构，是在线路中跨越障碍物的结构物，也是主要的承重结构。②桥墩、桥台又称下部结构，是支承上部结构并将荷载传递给地基的建筑物。桥台设置在两侧，桥墩设置在桥台的中间。③墩、台基础是保证桥墩、桥台的安全，埋置在土层之中，使桥上全部荷载传递给地基的结构物。

1.2桥梁的分类

①桥梁按结构体系可分为梁式桥、拱式桥、刚架桥、悬索桥、斜拉桥以及各种组合式桥等。②桥梁按上部结构的行车道位置可分为上承式、中承式和下承式等。③桥梁按跨越障碍物的性质可分为：跨河桥、跨线桥、跨越深谷桥、高架桥、栈桥等。④桥梁的其他种类除固定式桥外，还有开启桥、浮桥、漫水桥等。

1.3桥梁的结构

1.3.1梁式体系

梁式桥是以受弯为主的主梁作为主要承重构件的桥梁。梁式体系是一种在竖向荷载作用下无水平推力的结构。由于梁桥恒载和活载的作用方向与承重结构的轴线接近垂直，因而梁内产生的弯矩最大，通常需要用抗弯性能强的材料（如钢、木、钢筋混凝土、预应力混凝土等）来建造。主梁可以是实腹梁或者是桁架梁（空腹梁）。实腹梁外形简单，制作、安装、维修都较方便，因此广泛用于中、小跨径桥梁。但实腹梁在材料利用上不够经济。桁架梁中组成桁架的各杆件基本只承受轴向力，可以较好地利用杆件材料强度，但桁架梁的构造复杂、制造费工，多用于较大跨径桥梁。桁架梁一般用钢材制作，也可用预应力混凝土或钢筋混凝土制作，但用的较少。过去也曾用木材制作桁架梁，因耐久性差，现很少使用［1］。

梁式桥的特点：桥梁的跨越能力高，节省钢材，建筑高度减少，外形美观，适应性好。

1.3.2拱式体系

拱桥的主要承重结构是拱圈或拱肋。其特点是结构在竖向荷载作用下两拱脚处不仅产生竖向反力，还产生水平反力，由于水平推力的作用使得共界面的弯矩和剪力大大减小。拱式桥是推力结构，其墩台、基础必须承受强大的拱脚推力。因此拱式桥对地基要求很高，适建于地基和地质条件良好的地方。

拱桥的特点：跨越能力较大，材料适应性强，桥形美观，节约钢材，耐久性好，养护维修费用少，自重较大，结构比梁桥复杂，建筑高度大，下部结构负担重，对地基要求较高，修复困难。

1.3.3钢筋混凝土刚架桥

桥跨结构（主梁）和墩台（立柱）整体相连的桥梁。由于主梁与立柱之间是刚性连接，在竖向荷载的作用下，在主梁端部产生负弯矩，这样就可以减少跨中的正弯矩，跨中截面尺寸也随之减少。而立柱除要承受压力外，还要承受弯矩，在柱脚处还要承受水平推力。刚架桥可以是单跨或多跨。单跨刚架桥的支柱可以做成直柱式或斜柱式。

刚架桥的特点：设计比较简单，稳定性好，施工比较困难。

1.3.4悬索桥（吊桥）

由受拉的悬索作为承重结构的桥梁，称为悬索桥（吊桥）。悬索桥可分为悬索桥和牵索桥两种。

牵索桥是由缆索组成的几何不变的牵索桁架作为承重结构。

悬索桥是由悬索、桥塔、吊杆、加劲梁或桥面系、锚碇五部分所组成。

悬索桥的特点：相对于其他桥梁结构，悬索桥可以使用比较少的物质来跨越比较长的距离；悬索桥可以造得比较高，容许船在下面通过，在造桥时没有必要在桥中心建立暂时的桥墩，因此悬索桥可以在比较深的或比较急的水流上建造；悬索桥比较灵活，因此它适合大风和地震区的需要；悬索桥的坚固性不强［2］。

1.3.5斜拉桥

斜拉桥又称斜张桥，是一种桥面体系受压、支承体系受拉的组合桥梁。其桥面体系是由加劲梁构成，而支承体系是由钢索组成。

斜拉桥主梁上的荷载是通过锚固点直接传递给斜拉索的，悬索桥是通过吊杆传递给柔性承重索的，因此两者的结构刚度有较大的区别。

悬索桥的承重索是锚固在桥台或后台专设的锚碇上，其主梁是不承受轴力的。在斜拉桥中，主梁是要承受巨大的轴向力，形成偏心受压构件。

斜拉桥可以进行内力调整，也可以改变桥梁的刚度。在健康检查中，如发现斜拉索失效，则可以更换；而悬索桥则无法办到。

斜拉桥的特点：跨越能力大，建筑高度小，斜索拉力的水平分力为主梁提供预压力，可提高主梁的抗裂性能，设计构思多样，悬臂法施工方便安全，与悬索桥相比斜拉桥的竖向刚度与抗扭刚度均较大，抗风振稳定性好，无需大型锚碇，故在其使用跨径范围内，悬索桥总造价将比斜拉桥超过20%～30%，桥形美观，设计计算困难。

2　对未来桥梁发展的展望

据有关桥梁专家介绍，21世纪的桥梁主材将采用高强度、高韧性钢材和抑振合金材料。日本明石海峡大桥的加劲梁采用780MPa新型高强度钢板，使其桥梁主跨设计刷新了20世纪的最大跨记录，达到1990m。高强度混凝土是桥梁建设必不可少的主材料之一。21世纪的混凝土材料将加入纳米、水溶性聚合物、有机纤维，以不断提高桥梁的强度与耐久性。桥梁建设将广泛运用环保型混凝土，桥梁的韧性、耐久性及强度将得以有效地提高。

21世纪建成的新型大桥将更人性化、智能化，通过计算机系统和传感器系统将可以感知风力、气温状况，可随时得到并反映出大桥的承载情况、交通状况。同时桥体内的传感器可测出大桥各部位的危险及潜在故障，并及时发出警报。超载汽车、列车通过大桥之前，会被装在桥头的传感器感测出来，及时传感到智能装置，桥头放行栅栏将自动关闭，以防桥梁超载发生危险。未来的桥梁，将成为造福人类、代表社会进步与高度文明的标志性建筑。

［1］黄晓明，许崇法.道路与桥梁工程概论［M］.人民交通出版社，2007.

［2］梁富权.道路工程［M］.北京：人民交通出版社，1995.