桥梁基础知识

一、桥梁的组成和分类

桥梁是跨越障碍的人工构造物。当道路路线遇到江河湖泊、山谷深沟以及其他线路（铁路或公路）等障碍时，为了保持道路的连续性，充分发挥其正常的运输能力，就需要建造专门的人工构造物——桥梁来跨越障碍。桥梁一方面要保证桥上的交通运行，通常也要保证桥下水流的宣泄、船只的通航或车辆的通行。

上部结构（桥跨结构）：桥面系，承重结构、联结系；

下部结构：支座、桥墩、桥台、基础。

二、桥梁的主要类型

（一）桥梁的基本体系

结构工程上的受力构件，总离不开拉、压、弯三种基本受力方式。现代的桥梁结构也一样，在力学上可归结为梁式、拱式、悬吊式三种基本体系。下面从受力特点、建桥材料、适用跨度、施工条件等方面来阐明桥梁各种体系的特点。

1．梁式体系：在竖直荷载作用下，梁截面只承受弯矩（上缘受压、下缘受拉），支座只承受竖直方向的力。

2．拱式体系：在竖直荷载作用下，拱肋主要承受压力。支座不仅承受竖直方向的力，还要承受水平方向的推力。所以拱桥对地基和基础的要求比较高。

3．悬吊体系：在竖直荷载作用下，索主要承受拉力。

桥梁三大基本体系比较表

（二）现代桥梁的六大基本结构

1．梁桥：它是桥梁大家族中最古老、最基本的成员，以梁（板）为主要承重结构。

典型桥例：北京卢沟桥、泉州洛阳桥

2．桁式桥：由梁桥演化而来，古代有木桁桥，现代以铁路钢桁梁桥为主。它的结构

由上下弦杆和腹杆组成，杆件受轴向力，因而材料强度能够得到充分发挥，同时自重减轻，经济合理，跨越能力大。

典型桥例：武汉长江大桥、南京长江大桥、钱塘江大桥

3．刚构桥：主梁与墩台之间没有支座，而是连在一起，上下部共同受力。

典型桥例：陕西安康汉江桥、乌龙江大桥、洪山桥、洪塘桥

4．拱桥：在古代较之木梁桥、藤（竹）索桥耐腐蚀，刚度大，通行能力强，外形美观，所以一直是主要的桥型之一（尤其是在中国：北方河北赵州安济桥——世界建筑史上三大杰作之一），即使到了今天，拱桥虽然在跨越能力上不如斜拉桥、悬索桥，但依然是极具竞争力的桥型之一。

典型桥例：悉尼钢拱桥、重庆万县长江大桥、湖南凤凰乌巢河桥、丫髻沙大桥

5．斜拉桥：近五十年来发展最快的桥型。由斜拉索将主梁斜拉在塔柱上，在200~800m 跨径内最具竞争力。

典型桥例：上海黄浦江杨浦大桥、三县洲大桥、法国诺曼底桥、日本多多罗桥

6．悬索桥：桥面支承在主缆上的桥。组成：主缆、加劲梁、塔柱、锚碇。外观上：缆索形成悦目的抛物线形。它能跨越其他任何桥型无与伦比的特大跨径。缺点：自重轻、刚度差，因而在车辆动荷载和风荷载作用下，有较大的变形和振动。

(三) 桥梁的其它分类简述

1．按用途划分：公路桥、铁路桥、公铁两用桥、人行桥、输水桥、其他专用桥梁

2．按桥梁全长和跨径划分：特大桥、大桥、中桥、小桥

3．按主要承重结构材料划分：圬工桥、钢筋砼桥、预应力砼桥、钢桥、木桥

4．按跨越障碍划分：跨河桥、跨线桥（立体交叉）、高架桥

5．按上部结构的行车道位置：上承式桥、中承式桥、下承式桥

桥梁的总体规划

1、桥梁设计的基本要求

桥梁设计原则：安全、适用、经济、美观。

（1）安全使用的功能要求：不存在脱离社会需要而孤立存在的桥梁，功能是桥梁结构发展的决定动力。如需要跨越大江大河甚至海峡，所以发展了大跨度桥梁；为保证城市交通和人性安全，发展了立交桥和人行天桥。

（2）技术可行的经济要求：桥梁设计，应进行技术经济比较，使桥梁总造价和材料等的消耗为最少，考虑运营、养护、维修，选择合理桥型——因地制宜、就地取材、方便快速施工。

（3）精神美感的审美要求：要求桥梁有优美的外形，与周围景观相协调。城市桥梁和游览区桥梁应较多考虑建筑艺术上的要求。为了改善桥梁建筑外观增加一些造价是值得的，这已形成共识，以往过分强调经济性，致使许多桥梁在美学上不尽人意，使人们追悔莫及。它强调合理的结构布局和轮廓，而不是豪华的细部装饰。

2、设计资料调查

（1）桥梁功能要求：交通种类、行车行人密度，通过管线

（2）桥梁建设位置：桥位附近的地形

（3）水文地质条件：桥位附近的地质、水文情况

（4）其它资料：当地建筑材料（砂石）来源、水泥钢材供应、水陆交通、施工单位技术水平、施工机械、动力设备、电力供应、气象资料、桥位上下游有无老桥、其桥型不止和

使用情况等。

二、桥梁断面设计

1、桥梁纵断面设计

（1）桥梁总跨径的确定：保证桥下有足够的排洪面积，使河床不致过大冲刷。

（2）桥梁的分孔：最经济的分孔方式，使上下部结构的总造价最低。

（3）桥梁标高的确定：保证桥下流水净空；保证桥下通航净空；保证桥下车辆净空高度。

（4）设计纵坡：一般小桥，通常做成平坡桥，大中桥梁，为利于桥面排水，降低引道路堤高度，设置中间向两端倾斜的双向纵坡。纵坡发生变更处，应

设置竖曲线。一般竖曲线应延伸至桥梁全长。

2、桥梁横断面设计

（1）桥面的宽度：满足行人和行车的交通需要

（2）桥跨结构横断面布置：行车道、人行道、栏杆、护轮安全带、缘石

（3）设计横坡：为利于桥面排水，设置从桥面中央倾向两侧的横坡（1-2%）

3、桥梁平面布置

道路线形支配着桥梁设计，桥梁是线型的一部分，因为车辆告诉平稳行驶的需要、美丽道路景观的需要，必须与线形相适应。一般桥梁常位于平曲线内，在立面上也应顺着坡度或曲线，曲线半径应大，符合桥梁美学。

规范中有关设计荷载的规定

通常将作用在公路桥梁上的各种荷载和外力归纳成三类：永久荷载、可变荷载、偶然荷载。

1、永久荷载（恒载）

定义：设计使用期内，其作用位置、大小、方向不随时间变化或其变化与平均值相比可忽略不计的荷载。包括：结构物自重、桥面铺装、土重、土侧压力、水浮力等。公路桥梁，其结构物自重往往占设计荷载的很大部分。跨径越大比例越高，如特大跨度桥，其活载的影响往往降至次要地位。所以宜采用轻质高强材料来减轻自重。

2、可变荷载

定义：设计使用期内，其作用位置、大小、方向随时间变化，且其变化与平均值相比不可忽略的荷载。按其对桥梁结构的影响程度，又分为基本可变荷载（活载）和其他可变荷载。

基本可变荷载：汽车（计及冲击力、离心力）、平板挂车、履带车和人群荷载。

其它可变荷载：汽车制动力、支座摩阻力、温度影响力、风力、流水压力和冰压力。（一）车辆荷载

（1）设计荷载：把经常出现的汽车荷载排列成车队形式。如：汽-10、汽-15、汽-20、汽-超20。主车辆数不计，但有一辆重车。荷载组合时要考虑冲击力、人群荷

载。

（2）验算荷载：把偶然出现的平板挂车或履带车作为验算荷载。如：挂-80、挂-100、挂-120。全桥以通过一辆计算，应靠中慢速形式。荷载组合时不考虑冲击力、

人群荷载。

（二）车辆荷载的影响力：

（1）汽车荷载冲击力：车辆在较高速度驶过桥梁时，由于桥面不平整，车轮不圆以及发动机抖动等原因，会使桥梁结构引起振动，该情况下，汽车荷载（动荷载）

引起的桥梁结构应力和变形，要比同样大小静荷载引起的大。由此提出荷载增

大系数，即冲击系数。其影响因素：跨径（桥长）、填料厚度、路面平整度、

伸缩缝。

（2）汽车荷载的制动力：汽车在桥上刹车时为克服其惯性力而在车轮与路面之间发生的滑动摩擦力。

（3）离心力：曲线桥，当曲率半径<=250m时，应考虑离心力作用。9.20厦门特大交通事故。三县洲大桥交通事故。

（4）车辆荷载引起的土侧压力：车辆荷载在桥台或挡土墙后填土的破坏棱体上引起的土侧压力。

（三）人群荷载：一般公路桥梁：300kg/m2，城市郊区行人密集区：350kg/m2。

3、偶然荷载