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几种结构的桥梁分析

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拱桥 拱桥的主要承重结构是拱圈或拱肋。拱结构在竖向荷载作用下桥墩和桥台将承受水平推力,同时,根据作用力和反作用力原理,墩台向拱圈 (或拱肋)提供一对水平反力,这种水平反力将大大抵消在拱圈(或拱肋)内作用引起的弯矩。因此,与相同跨径的梁桥相比,拱桥的弯矩 、剪力和变形都要小得多。鉴于拱桥的承重结构以受压为主,通常可用抗压能力强的圬工材料(如砖、石、混凝土)或钢筋混凝土等来建造 。 拱桥不仅跨越能力很大,而且外形酷似彩虹卧波,十分美观。在条件许可的情况下,修建拱桥往往是经济合理的,一般跨径在500m以内均可 以作为比选方案。应当注意,为了确保桥梁的安全,拴,拱桥的下部结构和地基(特别是桥台)必须能经受住很大的水平推力的作用。此外 ,由于拱圈(或拱肋)在合拢前自身不能维持平衡,因而拱桥在施工过程中的难度和危险性要远大于梁桥。对于特大跨度的拱桥,也可以建 造钢拱桥或钢一混凝土组合截面的拱桥,施工时首先合拢自重较轻但强度较高的钢拱,以承担施工荷载,降低施工难度和风险。 在地基条件不适合修建具有较大推力的拱桥情况下,也可以建造由受拉系杆来承受水平推力的系杆拱桥,系杆可由钢、预应力混凝土或高强 钢筋等做成,近年来还发展了一种所谓“飞鹰式”三跨自锚式微小推力拱桥,即在边跨的两端施加强大的水平推力,通过边跨传至拱脚,以 抵消主跨拱脚处巨大的水平推力。 按照行车道处于主拱圈的不同位置,拱桥分为上承式拱桥、中承式拱桥和下承式拱桥三种。 刚构桥 刚构桥的主要承重结构是梁(或板)和立柱(或竖墙)整体结合形成刚架结构,梁和柱的连接处具有很大的刚性。在竖向荷载作用下,梁主 要受弯,而在柱脚处也具有水平反力(图1-17(b》,其受力状态介于梁桥和拱桥之间。因此,对于同样的跨径,在相同荷载作用下,刚构桥的 跨中弯矩要比梁桥的小。根据这一特点,刚构桥的跨中建筑高度就可以做得较小。在城市桥梁中,当遇到线路立体交叉或需要跨越通航迂河 面;采用这种帝型能尽量降低线路标高以改善纵坡并能道尘街头路堤的土石方量。当桥面标高一定时,能增加桥下净空。刚构桥的缺点是施 工比较复杂,如用普通钢筋混凝土修建,梁柱刚接处较易开裂,近年来除了采用钢或预应力混凝土结构外,这种桥型已经很少采用。 T形刚构是目前修建较大跨径钢筋混凝土桥常采用的桥型,它是结合了刚构桥和多孔静定悬臂梁桥的特点发展起来的新颖结构。对于普通钢筋 混凝土T形刚构桥采用预制装配施工时,往往将跨径较大的梁分成三段来预制安装,从而减小安装重量。这种桥的主要缺点是悬臂根部的负弯 矩很大,用普通钢筋混凝土修建时不仅钢材用量大,而且控制混凝土裂缝的开展成为关键,因此跨径就不能做得太大,一般在40--50m。 随着预应力混凝土工艺的发展,便得T形刚构桥的应用得到推广。特别是采用了悬臂拼装和悬臂浇注的分段施工方法,不但加速了修建大跨度 桥梁的施工速度,而且也克服了要在江河或深谷中搭设支架的困难。 悬索桥 悬索桥也称吊桥,传统的吊桥均使用悬挂在两边塔架上强大的缆索作为主要的承重结构。在竖向荷载作用下,通过吊杆使缆索承受很大的拉 力,这就需要在两岸桥台的后方修筑非常巨大的锚碇结构。吊桥也是具有水平反力(拉力)的结构。现代吊桥广泛采用高强度钢丝编制的钢 缆,以充分发挥其优越的抗拉性能,因此结构自重轻,并能以较小的建筑高度跨越其他桥型无与伦比的特大跨度。吊桥的另一特点是成卷的 钢缆易于运输,结构的组成构件较轻,便于无支架悬吊拼装。我国在西南地区和在遭受山洪泥石流冲击等威胁的山区河流上,当修建其他桥 梁有困难的情况下,往往采用吊桥。相对于其他体系而言,吊桥的自重轻,机构刚度小,在车辆动荷载、风荷载和雨荷载作用下有较大的变 形和振动。整个吊桥的发展历史是与变形和振动斗争的历史,也是争取刚度的历史。目前吊桥一般只在公路桥上修建。 组合体系桥 由几个不同结构体系组合而成的桥梁称为组合体系桥。所示为一种梁和拱的组合体系,其中梁和拱都是主要承重结构,两者相互配合共同受 力。由于吊杆将梁向上(与荷载作用的挠度方向相反)吊住,这样就减小了梁中的弯矩;同时由于拱与梁连接在一起,拱的水平推力就传给 梁来承受,这样梁除了受弯以外尚且受拉。这种组合体系桥能跨越较一般简支梁桥更大的跨度,而对墩台则没有推力作用,因此对地基的要 求就与一般简支梁桥一样。为拱置于梁的下方,通过立柱对梁起辅助支承作用的组合体系桥。 斜拉桥是一种主梁与斜缆相结合的组合体系。悬挂在塔柱上被张紧的斜缆将主梁吊住,使主梁像多点弹性支承的连续梁一样工作,这样既发 挥了高强材料的作用,又减小了主梁截面尺寸,使结构自重减轻从而增加了跨越能力。组合体系桥的种类很多,但究其实质不外乎是梁、拱 、吊三者的不同组合,上吊下撑以形成新的结构。组合体系桥梁一般都可用钢筋混凝土莱蓮蓬:讨于大跨径桥梁以采用预应力混凝土、钢或 钢一混凝土组合结构修建为宜。一般来说,这种桥梁的施工工艺比较复杂。