桥梁的基本组成和分类

桥梁的基本组成和分类传统的说法桥梁主要由桥跨结构、墩台、基础、附属工程等部分组成……。

随着大型桥梁的增多、结构先进性和复杂性的增强、对桥梁使用品质的要求越来越高，传统提法的局限性逐渐显露。

现在的提法：桥梁由"五大部件"与"五小部件"组成。

桥梁的基本组成和分类（续1）所谓“五大部件”是指桥梁承受汽车或其他运输车辆荷载的桥跨上部结构与下部结构，它们必须通过承受荷载的计算与分析，是桥梁结构安全性的保证。

五大部件：1）桥跨结构(或称桥孔结构、上部结构)。

路线遇到障碍（如江河、山谷或其他路线等）的结构物。

2）支座系统。

支承上部结构并传递荷载于桥梁墩台上，它应保证上部结构预计的在荷载、温度变化或其他因素作用下的位移功能。

3）桥墩。

是在河中或岸上支承两侧桥跨上部结构的建筑物。

4）桥台。

设在桥的两端；一端与路堤相接，并防止路堤滑塌；另一端则支承桥跨上部结构的端部。

为保护桥台和路堤填土，桥台两侧常做一些防护工程。

5）墩台基础。

是保证桥梁墩台安全并将荷载传至地基的结构。

基础工程在整个桥梁工程施工中是比较困难的部分，而且常常需要在水中施工，因而遇到的问题也很复杂。

前两个部件是桥跨上部结构，后三个部件是桥跨下部结构。

桥梁的基本组成和分类（续2）所谓“五小部件”，是直接与桥梁服务功能有关的部件，过去总称为桥面构造。

五小部件：1）桥面铺装(或称行车道铺装)。

铺装的平整、耐磨性、不翘曲、不渗水是保证行车舒适的关键。

特别是在钢箱梁上铺设沥青路面时，其技术要求甚严。

2）排水防水系统。

应能迅速排除桥面积水，并使渗水的可能性降至最小限度。

城市桥梁排水系统应保证桥下无滴水和结构上无漏水现象。

3）栏杆（或防撞栏杆）。

它既是保证安全的构造措施，又是有利于观赏的最佳装饰件。

4）伸缩缝。

桥跨上部结构之间或桥跨上部结构与桥台端墙之间所设的缝隙，以保证结构在各种因素作用下的变位。

为使行车顺适、不颠簸，桥面上要设置伸缩缝构造。

5）灯光照明。

现代城市中，大跨桥梁通常是一个城市的标志性建筑，大多装置了灯光照明系统，构成了城市夜景的重要组成部分。

一、按使用性分：公路桥、公铁两用桥、人行桥、机耕桥、过水桥等。

二、按跨径大小和多跨总长分为：特大桥、大桥、中桥、小桥、涵洞。

其中：特大桥：多孔跨径总长≥500米，单孔跨径≥100 米大桥：多孔跨径总长≥100米，单孔跨径≥40 米中桥：30米<多孔跨径总长<100米，20≤单孔跨径<40 米小桥：8米≤多孔跨径总长≤300米，5<单孔跨径<20米涵洞：多孔跨径总长<8米，单孔跨<5米三、按行车道位置分为：上承式桥、中承式桥、下承式桥。

四、按承重构件受力情况可分为：梁桥、板桥、拱桥、钢结构桥、吊桥、组合体系桥（斜拉桥、悬索桥）。

五、按使用年限可分为：永久性桥、半永久性桥、临时桥。

六、按材料类型分为：木桥、圬工桥、钢筋砼桥、预应力桥、钢桥。

1、梁式桥以受弯为主的主梁作为主要承重构件的桥梁。

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。

实腹梁主要用钢筋混凝土、预应力混凝土制作,也可以用钢材做成钢钣梁或钢箱梁.实腹梁桥的最早形式是用原木做成的木梁桥和用石材做成的石板桥。

由于天然材料本身的尺寸、性能、资源等原因，木桥现在已基本上不采用，石板桥也只用作小跨人行桥。

根据实腹梁的截面形式可分为板梁、□形梁、T形梁或箱形梁等按照主梁的静力图式，梁桥又可分为简支梁桥、连续梁桥和悬臂梁桥。

●简支梁桥：主梁简支在墩台上，各孔独立工作，不受墩台变位影响。

实腹式主梁构造简单，设计简便，施工时可用自行式架桥机或联合架桥机将一片主梁一次架设成功。

但简支梁桥各孔不相连续，车辆在通过断缝时将产生跳跃，影响车速的提高。

因此，目前趋向于把主梁作成为简支，而把桥面作成为连续的形式。

简支梁桥随着跨径增大，主梁内力将急剧增大，用料便相应增多，因而大跨径桥一般不用简支梁。

●连续梁桥：主梁是连续支承在几个桥墩上。

在荷载作用时，主梁的不同截面上有的有正弯矩，有的有负弯矩，而弯矩的绝对值均较同跨径桥的简支梁小。

这样，可节省主梁材料用量。

连续梁桥通常是将3～5孔做成一联，在一联内没有桥面接缝，行车较为顺适。

连续梁桥施工时，可以先将主梁逐孔架设成简支梁然后互相连接成为连续梁。

或者从墩台上逐段悬伸加长最后连接成为连续梁。

近一、二十年，在架设预应力混凝土连续梁时，成功地采用了顶推法施工，即在桥梁一端（或两端）路堤上逐段连续制作梁体逐段顶向桥孔，使施工较为方便。

连续梁桥主梁内有正弯矩和负弯矩，构造比较复杂。

此外，连续梁桥的主梁是超静定结构，墩台的不均匀沉降会引起梁体各孔内力发生变化。

因此，连续梁一般用于地基条件较好、跨径较大的桥梁上。

1966年建成的美国亚斯托利亚桥，是目前跨径最大的钢桁架连续梁桥，它的跨径为376米。

●悬臂梁桥：又称伸臂梁桥。

是将简支梁向一端或两端悬伸出短臂的桥梁。

这种桥式有单悬臂梁桥或双悬臂梁桥。

悬臂梁桥往往在短臂上搁置简支的挂梁，相互衔接构成多跨悬臂梁。

有短臂和挂梁的桥孔称为悬臂孔或挂孔，支持短臂的桥孔称为锚固孔。

悬臂梁桥的每个挂孔两端为桥面接缝，悬臂端的挠度也较大，行车条件并不比简支梁桥有所改善。

悬臂梁一片主梁的长度较同跨简支梁为长，施工安装上相应要困难些。

目前对预应力混凝土悬臂梁桥多采用悬臂拼装或悬臂浇筑的方法施工。

为适应悬臂施工法的发展，保证主梁的内力状态和施工时一样，出现一种没有锚固孔，并把悬伸的短臂和墩身直接固结在立面上，形成预应力混凝土 T形刚架桥，这种桥在20世纪50年代后发展起来。

2、拱式桥拱桥是以承受轴向压力为主的拱(称为主拱圈)作为主要承重构件的桥梁。

按照主拱圈的静力图式，拱轿可分为三铰拱、两铰拱和无铰拱。

●三铰拱是静定结构，其整体刚度较低，尤其是挠曲线在拱顶铰处产生折角，致使活载对桥梁的冲击增强，对行车不利。

拱顶铰的构造和维护也较复杂。

因此，三铰拱除有时用于拱上建筑的腹拱圈外，一般不用作主拱圈。

●两铰拱取消了拱顶铰，构造较三铰拱简单，结构整体刚度较三铰拱为好，维护也较三铰拱容易，而支座沉降等产生的附加内力较无铰拱为小，因此在地基条件较差和不宜修建无铰拱的地方，可采用两铰拱桥。

●无铰拱属三次超静定结构，虽然支座沉降等引起的附加内力较大，但在荷载作用下拱的内力分布比较均匀，且结构的刚度大，构造简单，施工方便,因此无铰拱是拱桥中,尤其是圬工拱桥和钢筋混凝土拱桥中普遍采用的形式。

按照主拱圈的构成形式，拱又可分为板拱、肋拱、双曲拱、箱形拱、桁架拱等。

●板拱：拱圈横截面呈矩形实体截面,它横向整体性较好、拱圈截面高度小、构造简单,但抵抗弯矩能力较差，一般用于圬工拱桥。

1972年建成的四川九溪沟桥为石砌的板拱桥，跨径达到116米,为目前世界上最大跨径的石拱桥。

●肋拱：拱圈是由两条或多条拱肋组成，肋与肋之间用横系梁相联系，拱肋形状可以是矩形、工字形、箱形或圆管形，它的抗弯能力较板拱为优,用料较省,但制作较板拱复杂，多用于钢筋混凝土拱桥或钢拱桥。

1960年建成的瑞典恩斯科洛夫约桥，跨径为278米,为目前最大的钢管拱桥。

●双曲拱： 60年代以后,在中国采用的一种拱式桥梁.它在横向除有拱肋外,还有由拱波、拱板等构成的小拱将整个拱圈联结成整体，它在施工时可以将拱肋、拱波预制,安装后再浇筑拱板,减轻吊装重量，并可以不用拱架，或只需用简单支架，为混凝土拱桥提供了一种新的结构形式和简便易行的施工方法。

但需采取措施保证拱圈的整体性。

1969年建成的河南省前河桥跨径为150米，为目前跨径最大的双曲拱桥。

●箱形拱：横截面可为整体多室箱形或分离箱形。

混凝土或钢筋混凝土箱形拱也可采用无支架施工。

它的整体性、横向稳定性和抗扭性能都较双曲拱的结构为好，但在中、小跨径时不如双曲拱简便和节省钢材。

1979年建成的南斯拉夫克拉克桥，跨径为390米,是当前世界上最大的钢筋混凝土箱形拱桥。

●桁架拱：拱圈由桁架构成，可做成桁肋拱或肩拱形式。

桁架拱的材料用量较经济，但桁架的某些杆件将承受拉力,故主要用在钢拱桥或预应力混凝土拱桥中。

1976年建成的美国新河桥,跨径为518米，为目前跨径最大的钢桁架拱桥。

拱桥主拱圈沿桥跨方向的形状，可以做成横截面尺寸沿拱轴线不变的等截面拱，或者做成横截面尺寸由拱脚向拱顶逐渐变化的变截面拱。

变截面拱能较好地适应拱圈内力的变化，用料较经济；等截面拱构造简单、施工方便，因而采用较普遍。

主拱圈的拱轴线形状，对拱圈截面的应力大小将产生直接影响。

一般尽量使拱轴线与荷载作用下的拱圈压力线相吻合，以减小截面的弯矩值。

当不计拱圈弹性压缩及其他因素的影响时，拱在均布荷载作用下的压力线为抛物线;在由拱顶向拱脚按拱轴线形状逐渐增大的分布荷载作用下,拱的压力线将为悬链线；而圆弧线线形最简单，利于施工。

故这几种线形成为拱桥中常用的拱轴线形状。

拱还可按拱上建筑的形式不同而分为实腹式拱和空腹式拱。

实腹式拱是将主拱圈以上至桥面间的空间全部用填料填实，一般用于小跨径的桥梁；空腹式拱则在主拱圈以上设有横桥向贯通的腹孔，一般用于中等以上跨径的桥梁。

赵州桥是现存修建最早的空腹式拱桥。

在竖直荷载作用下，作为承重结构的拱肋主要承受压力。

拱桥的支座则不但要承受竖直方向的力，还要承受水平方向的力。

因此拱桥对基础与地基的要求比梁桥要高。

下图分别表示上承式拱桥（桥面在拱肋的上方）、中承式拱桥（桥面一部分在拱肋上方，一部分在拱助下方）与下承式拱桥（桥面在拱肋下方）。

仅供人、言行走的拱桥可以把桥面直接铺在拱肋上。

而通行现代交通工具的拱桥，桥面必须保持一定的平直度，不能直接铺在曲线形的拱肋上，因此要通过立柱或吊杆将桥面间接支承在拱肋上。

下承式拱桥可做成系杆拱，即在拱脚处用一报称为系杆的纵向水平受拉杆件将两拱脚连接起来。

此时作用于支座上的水平推力就由系杆来承受，支座不再承受水平方向的力。

这样做可以减轻地基承受的荷载，特别是在地质状况不良时。

3、斜拉桥斜拉桥由主梁、斜向拉紧主梁的钢缆索以及支承缆索的索塔等部分组成。

斜拉桥的缆索张拉成直线形,整个结构为几何不变体,其刚度比悬索桥大。

主梁同弹性支承上的连续梁的性能相似。

斜拉桥的跨径一般在梁桥和悬索桥之间。

1977年法国建成的布鲁东纳桥，跨径达320米,是目前世界上跨径最大的预应力混凝土斜拉桥；1975年法国建成的卢瓦尔河钢斜拉桥,主跨径为404米。