桥梁工程的结构组成及作用分析

桥梁的结构组成及作用分析

2013年10月20日王平洪

一、桥梁结构组成

1.1 桥梁结构由下部结构和上部结构组成。

1.2 桥梁下部结构包括基础、桥墩和桥台.

1.3 桥梁上部结构是跨越桥孔的结构，包括桥梁的桥面系、桥道结构、承重结构（主梁、桁架和拱圈）、连接系、支座等。

二、桥梁基础的形式及适用条件

2.1 桥梁基础形式

桥梁基础的形式主要包括：扩大基础、桩基础、管柱、沉井、地下连续墙。

2.2 受力作用特点及适用条件

2.2.1 扩大基础

由地基反力承担全部上部荷载，将上部荷载通过基础分散至基础底面，使之满足地基承载力和变形的要求。

适用于地基承载力较好的各类土层，根据土质情况分别采用铁镐、十字镐、挖掘机、爆破等设备与方法开挖

2.2.2 桩基础

将作用于桩顶以上的结构物传来的荷载传到较深的地基持力层中去。当荷载较大或桩数量较多时需在桩顶设承台将所有基桩联接成一个整体共同承担上部结构的荷载。

桩基础包括：沉桩、钻孔灌注桩、挖孔灌注桩。

2.2.2.1沉桩

1)锤击沉桩法一般适用于松散、中密砂土、黏性土。

2)振动沉桩法一般适用于砂土，硬塑及软塑的黏性土和中密及较松的碎石土。

3)射水沉桩法适用在密实砂土，碎石土的土层中。

4)适用于在黏性土、砂土、碎石土中埋置大量的大直径圆桩。

2.2.2.2钻孔灌注桩

适用于黏性土、砂土、砾卵石、碎石、岩石等各类土层。

2.2.2.3挖孔灌注桩

适用于无地下水或少量地下水，且较密实的土层或风化岩层。如空气污染物超标，必须采取通风措施

2.2.3 管柱

它是一种深基础，埋入土层一定深度，柱底尽可能落在坚实土层或锚固于岩层中，作用在承台的全部荷载，通过管柱传递到深层的密实土或岩层上。

适用于岩层、紧密黏土等各类紧密土质的基底，并能穿过溶洞、孤石支承在紧密的土层或新鲜岩层上，不适用于有严重地质缺陷的地区，如断层挤压破碎带或严重的松散区域

2.2.4 沉井

沉井是桥梁墩台常用的一种深基础型式，有较大的承载面积，可以穿过不同深度覆盖层，将基底放置在承载力较大的土层或岩面上，能承受较大的上部荷载。

适用于竖向和横向承载力大的深基础

2.2.5 地下连续墙

地下挡土墙墙体刚度大，主要承受竖向和侧向荷载，通常既要作为永久性结构的一部分，又要作为地下工程施工过程中的防护结构。

适用于各种用途，通常可作为基坑开挖时防渗、挡土，或挡水围堰，或邻近建筑物基础的支护，或直接作为承受上部荷载的基础结构。及适用于除岩溶和地下承压水很高处的其他各类土层中施工

三、桥梁墩、台结构的受力特点分析

桥梁墩台承担着桥梁上部结构所产生的荷载，并将荷载有效地传递给地基基础，起着“承上启下”的作用。

桥墩为多跨桥梁中的中间支承结构物，除承受上部结构产生竖向力、水平力和弯矩外，还承受风力、流水压力及可能发生的地震力、冰压力、船只和漂流物的撞击力。

桥台设置在桥梁两端，除了支承桥跨结构外，又是衔接两岸接线路堤的构筑物；它既要能挡土护岸，又能承受台背填土及填土上车辆荷载所产生的附加土侧压力。

桥梁墩台不仅自身应有足够的强度、刚度和稳定性，而且对地基的承载能力、沉降量、地基与基础之间的摩阻力等也都提出一定的要求，避免在上述荷载作用下产生危害桥梁整体结构的水平、竖向位移和转角位移。桥梁墩台受力计算时的荷载及其组合应根据可能出现的各种荷载情况进行最不利的荷载组合。

四、桥梁上部结构分类和受力特点分析

4.1 斜交板桥

4.1.1在均布荷载作用下，当桥轴向的跨长相同时，斜板桥的最大跨内弯矩比正桥要小。

4.1.2在均布荷载作用下，当桥轴向的跨长相同时，斜板桥的跨中横向弯矩比正桥要小

4.2 简支梁桥

4.2.1装配式钢筋混凝土简支T梁

梁肋与翼板(桥面板)结合在一起作为承重结构，既充分利用扩展的桥面板的抗压能力，又有效地发挥了梁肋下部受力钢筋的抗拉作用。

4.2.2预应力混凝土简支T梁

核心距越大则抗力效应增加，为提高核心距，在构造上可采用大翼缘、薄肋板、宽矮马蹄的结构形式。配合梁内正弯矩的分布，防止出现拉应力，纵向预应力筋须在梁端弯起或中间截断张拉。但弯起可增强支点附近的抗剪能力

4.3 连续体系桥梁

4.3.1由于支点存在负弯矩，使跨中正弯矩显著减少，可以减少跨内主梁的高度，提高跨径，当加大支点截面附近梁高形成变截面时，还可进一步降低跨中弯矩；

4.3.2由于是超静定结构，产生附加内力的因素包括预应力、混凝土的收缩徐变、墩台不均匀沉降、截面温度梯度变化等；

4.3.3配筋要考虑正负两种弯矩的要求，顶推法施工要考虑截面正负弯矩的交替变化。

4.4 斜拉桥

4.4.1斜拉索相当于增大了偏心距的体外索，充分发挥抵抗负弯矩的能力，节约钢材；

4.4.2斜拉索的水平分力相当于混凝土的预压力；

4.4.3主梁多点弹性支承，高跨比小，自重轻，提高跨径。

4.5 悬索桥

主缆为主要承重结构，其巨大的拉力需要牢固的地锚承受，对于连续吊桥，中间地锚的两侧拉索水平推力基本平衡，主要利用自重承受向上的竖向力

4.6 拱桥

拱桥的拱圈是桥跨结构的主要承载部分，在竖直荷载作用下，拱端支撑处不仅有竖向反力，还有水平推力，这样拱的弯距比相同跨径的梁的弯矩小得多，而使整个拱主要承受压力

五、桥梁工程模板、支架和拱架的受力特点及施工要求

5.1 模板

5.1.1模板与钢筋安装工作应配合进行，妨碍绑扎钢筋的模板应待钢筋安装完毕后安设。模板不应与脚手架连接(模板与脚手架整体设计时除外)，避免引起模板变形。

5.1.2安装侧模板时，应防止模板移位和凸出。基础侧模可在模板外设立支撑固定，墩、台、梁的侧模可设拉杆固定。浇筑在混凝土中的拉杆，应按拉杆拔出或不拔出的要求，采取相应的措施。对小型结构物，可使用金属线代替拉杆。

5.1.3模板安装完毕后，应对其平面位置、顶部标高、节点联系及纵横向稳定性进行检查，签认后方可浇筑混凝土。

5.1.4模板在安装过程中，必须设置防倾覆设施。

5.1.5当结构自重和汽车荷载(不计冲击力)产生的向下挠度超过跨径的1／1600时，钢筋混凝土梁、板的底模板应设预拱度，预拱度值应等于结构自重和1／2汽车荷载(不计冲击力)所产生的挠度。纵向预拱度可做成抛物线或圆曲线。

5.1.6后张法预应力梁、板，应注意预应力、自重和汽车荷载等综合作用下所产生的上拱或下挠，应设置适当的预挠或预拱。

5.1.7当所有和模板有关的工作做完，待浇混凝土构件中所有预埋件亦安装完毕，应经监理工程师检查认可后，才能浇筑混凝土

5.2 支架和拱架

5.2.1支架和拱架宜采用标准化、系列化、通用化的构件拼装。无论使用何种材料的支架和拱架，均应进行施工图设计，并验算其强度和稳定性。

5.2.2制作木支架、木拱架时，长杆件接头应尽量减少，两相邻立柱的连接接头应尽量分设在不同的水平面上。主要压力杆的纵向连接，应使用对接法，并用木夹板或铁夹板夹紧。次要构件的连接可用搭接法。

5.2.3安装拱架前，对拱架立柱和拱架支承面应详细检查，准确调整拱架支承面和顶部标高，并复测跨度，确认无误后方可进行安装。各片拱架在同一节点处的标高应尽量一致，以便于拼装平联杆件。在风力较大的地区，应设置风缆。

5.2.4支架和拱架应稳定、坚固，应能抵抗在施工过程中有可能发生的偶然冲撞和振动。

5.2.5支架或拱架安装完毕后，应对其平面位置、顶部标高、节点联接及纵、横向稳定性进行全面检查，符合要求后，方可进行下一工序。

5.2.6在浇筑混凝土及砌筑拱圈过程中，承包人应随时测量和记录支架和拱架的变形及沉降量。

5.2.7现浇混凝土的梁(板)结构，在支架架设后，应按图纸要求或监理工程师指示，对支架进行预压，加在支架上的预压荷载应不小于梁(板)自重。

结束语，桥梁工程中的模板及支架拱架施工是施工过程中的关键工序，是桥梁建设成败的关键。在桥梁工程施工中起决定性作用。