浅谈桥梁结构分析及应用

浅谈桥梁结构分析及应用

摘要：桥梁可以帮助我们跨越江河、峡谷、道路等障碍，是我们生活中普遍的建筑。我国造桥的历史悠久，可以追溯到 6000 年前的氏族公社时代 , 到了 1000 多年前的隋、唐、宋三代 , 古代桥梁发展到了巅峰时期。在最近的 1000 年中 , 中国的桥梁技术全面落后于世界的脚步。九十年代以来 , 中国桥梁的成就才使我们重新无愧于祖先地站到了世界前列 , 这是中国桥梁建设的伟大复兴时代。特别是近十年来，我国桥梁的建设进入了一个最辉煌的时期，特别是一大批结构新颖、技术复杂、设计和施工技术含量高的大桥相继建成，标志着我国的桥梁建设水平已居于世界前列。云南地处边疆，地势结构复杂，桥成了跨越天险的重要工具。近年来，一大批大桥在云南建成，宏伟壮观，堪称世界之最。例如：国内

山区高速公路首座钢箱梁悬索特大桥——普立特大桥；国内首座钢 - 混凝土叠合梁悬索桥——澜沧江大桥；曾经的世界第一高桥——红河大桥等等。可以说中国是当今世界上造桥技术最强的国家之一。接下来我就将对我认识的各种桥梁结构以及不同结构的一般应用情况进行分析。

关键词：桥梁；结构；应用

研究桥梁结构多尺度模拟和分析方法对于发展重大桥梁结构损伤检测与状态评估方法以确保其安全运营是至关重要的。

一、桥梁结构分析的主要内容

桥梁结构分析的基本内容可概括如下：

1. 桥梁一般是分阶段逐步施工完成的，结构的最终受力状态往往与施工过程有着很大的关系，因而结构分析必须能够准确地模拟施工过程，并且能够自动累加各阶段的内力和位移等。施工阶段内应考虑的因素主要有：①结构自重；②施工临时荷载，如挂篮重量等；③预加应力；④混凝土收缩和徐变；⑤温度变化；⑥静风的作用；⑦结构体系转换；⑧斜拉索或系杆等的初始张力；⑨合龙口的预顶力等。

二、桥梁结构分析的特点

1.逐阶段形成结构体系

桥梁结构在不同的施工阶段，结构布置、边界条件、荷载条件均在发生变化。例如，当采用悬臂浇筑法施工连续梁桥时，结构是逐段浇筑混凝土并施加预应力而逐渐接长的。由于结构形成的过程不同，因此其恒载内力也不同。这与结构力学中的连续梁受力有很大差别。

2.活载（移动荷载）效应

桥梁结构分析的另一特点是它要承受移动荷载（如汽车、挂车等）的作用，且活载占了相当的比重。在作线性分析时，最常用也是最方便的方法是采用影响线加载的方法，即先计算出影响线，然后在其上布置活载，找出最不利荷载位置，并求出与该加载位置对应的内力和位移。对影响线加载的方法很多，常用的有等效均布荷载法、穷尽法、动态规划法等。等效均布荷载法方便于手算，即将对应各种形状影响线的活载换算成等效的均布荷载，制成表格。在计算机普及的今天，该法已基本被淘汰。

3.预应力效应

在分析预应力混凝土桥梁结构时，必须考虑预加应力的效应，较常用的方法是等效荷载法，即把预加力当作等效的外荷载施加于混凝土结构上，然后计算由此而引起的内力和位移。该方法概念清晰、简便易行，预应力的等效荷载具有一般荷载的特性，但它还有一个重要特征，即它是一自相平衡的力系。从结构中截出任何一段含预应力筋的杆件，其上作用的预应

力荷载都是自相平衡的。

三、桥梁结构分类

1.梁式体系

梁式体系是古老的结构体系。梁作为承重结构是以它的抗弯能力来承受荷载的。梁分简

支梁、悬臂梁、固端梁和连续梁等。悬臂梁、固端梁和连续梁都是利用支座上的卸载弯矩去

减少跨中弯矩，使梁跨内的内力分配更合理，以同等抗弯能力的构件断面就可建成更大跨径

的桥梁。

2.拱式体系

拱式体系的主要承重结构是拱肋（或拱箱），以承压为主，可采用抗压能力强的圬工材

料（石、混凝土与钢筋混凝土）来修建。拱分单铰拱、双铰拱、三铰拱和无铰拱。拱是有推

力的结构，对地基要求较高，一般常建于地基良好的地区。混凝土拱桥因铰的构造复杂、不

易制作，故一般采用无铰拱体系。无铰拱结构的外部增加了超静定次数，将引起更大的附加内力，为了获得结构合理的受力状态，在拱桥设计中，必须寻求合理的拱轴线形式。

3.钢架桥

钢架桥是介于梁与拱之间的一种结构体系，它是由受弯的上部梁

（或板）结构与承压的下部柱（或墩）整体结合在一起的结构。由于梁与柱的刚性连接，梁因柱的抗弯刚度而得到卸载作用，整个体系是

压弯结构，也是有推力的结构。刚架分直腿刚架与斜腿刚架。刚架桥的桥下净空比拱桥大，在同样净空要求下可修建较小的跨径。刚架桥施工较复杂，一般用于跨径不大的城市桥

或公路高架桥和立交桥。

四、最常见的高架公路桥，其结构为钢筋混凝土直梁桥。

古代的人们想要跨过溪流，最简单的办法就是用一根木头搭在河流的两端，这应该算是

最早的直梁桥了。只不过那时候的桥台还是河的两端，桥面是一根木头。随着技术的发展和

进步，现在人们采用了更好更先进的材料和技术来建造直梁桥。但其结构归根到底还是竖立

的桥墩和横着的桥面。国内很多高速公路最常用的就是这种结构的桥，这种桥的建造工艺相

对简单，技术比较成熟，是应用得最多的桥梁结构。

五、优美的各式拱桥，其结构为拱形结构

拱形结构的桥在我国的造桥史上，算是应用得最多的结构。其中最为著名的赵州桥就是

属于这种结构。拱形结构的受力特点是力可以向下和向外传递，这样只要把两边拱足的力抵消，拱桥就可以承受很大的力。而且拱形的桥造型优美，具有很强的观赏性，在一些风景名

胜区用得比较多。例如赵州桥、扬州瘦西湖里造型优美的“二十四桥”、苏州的宝带桥等。

近年来随着造桥技术的飞跃发展和不断创新，在原有的结构形式上演变出上承式拱桥和

下承式拱桥。上承式拱桥的桥面位于拱圈下方，其特点是桥跨中间段的桥面通过钢束拉住拱圈，可以将拱圈向外的推力抵消一部分，减轻了拱脚基础的负担，从而使得桥梁跨度大幅度

增加，适用于对桥梁下方的通航要求较高的河流。例如大理市内的泰安桥、西藏拉萨铁路大桥就是上承式拱桥。下承式拱桥则是整个桥面位于拱圈上方，由拱圈上的桥墩将力传给拱圈，然后再传到河岸两侧，适用于跨越洪水位较高的河流，但桥梁下方通航能力和桥梁跨度都低

于上承式拱桥。

六、节省材料、降低自重的桥梁当属钢框架结构桥

英国工程师唐纳德?贝雷在提出钢框架结构时其设计概念就是以最少种类的单元构件，

拼装成能承载各种荷载、不同跨径的装配式钢桥。例如国内著名的南京长江大桥采用的就是这种结构。

七、跨度之大当属钢索结构桥

很早很早以前，人们从缠绕在大树间的藤蔓得到启示，用藤蔓或者绳索做成了吊桥。现在在很多景区都会保留着这样的桥。例如西双版纳热带植物园中的吊桥。后来人们用铁链代

替藤蔓、绳索建造出了铁索桥。例如大理苍山清碧溪上的观赏桥就是用铁链做成的吊桥。再

后来得益于科技的发展和技术的进步，人们用钢丝编成的钢缆建造出了跨度达千米以上的钢

索桥。特别是在河道宽、水深、地形复杂、桥墩施工难度大的地区，钢缆能承受巨大的拉力，人们用它建造钢索桥，大大增加了桥的跨越能力。

钢索桥主要由钢缆、主塔、桥面组成。钢缆是桥承重的主要构件，桥塔是支承钢缆的主要构件。云南省境内很多有名的大桥采用的都是这样结构。例如澜沧江大桥，普立特大桥等。除了云南省，国内很多地方的桥也是采用了这种结构，例如：被称为云端上的大桥，位于

贵州省境内的平塘特大桥；位于江苏省江阴市跨越长江的江阴大桥等等。

结语

总之各种结构的桥在人类造桥史上都是不可或缺的。他们各有优点、各有用处，帮助人们跨越了江河湖海、高山峡谷。相信在不久的将来，人类还会建造出更多造型优美、跨越程

度大、安全系数更高的大桥。

参考文献

[1] 何建明. 大桥. 漓江出版社出版发行. 2019-4-1