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道路与桥梁工程概论论文

——桥梁工程

摘要：完善的现代交通网络对于国民经济的发展，促进文化交流都具有非常重要的作用。桥梁是公路、铁路、乡村道路及水利建设的重要组成部分。它是车辆、行人等跨越障碍（河流、山谷和其他线路）的建筑工程，是线路在跨越障碍物时的延伸和连接部分。“桥梁工程”即指建筑物的实体，又指建造桥梁时所需的科学知识和技术，具体包括桥梁的基础理论和研究、桥梁的规划、勘测设计、建造和维修等。

关键字：桥梁工程、交通运输、桥梁类型、桥梁结构

正文：我国幅员辽阔，地形东南低而西北高，河道纵横交错，有著名的长江、黄河和珠江等流域，这里孕育了中华民族，创造了灿烂的华夏文明。在历史的长河中，中华民族建设了数以千计的桥梁，成为华夏文化的重要组成部分。中国古代桥梁的辉煌成绩举世瞩目，曾在东西方桥梁的发展史中占有极高的地位，为世人所公认。随着社会的发展，对桥梁提出了不同的功能需求，因而出现了不同类型的桥梁。与此同时，建筑材料的演变也成为桥梁结构飞速发展的原动力。

一、桥梁的组成与分类

桥梁一般是由上部结构（桥跨结构）、下部结构（墩台、基础）和附属设施组成。上部结构是线路中断时跨越障碍的主要承重结构，它主要包括承重结构（主梁、支座）和桥面系（桥面铺装、防水和排水设施等）。上部结构的作用在于满足车辆荷载、行人通行，并通过支座将荷载传递给墩台。下部结构由桥墩、桥台和基础组成，其作用是支撑上部结构，并将结构的荷载传递给地基。桥台设计在桥的两端，桥墩则在两桥台之间。附属设施包括桥头锥形护坡、护岸以及导流结构物等。在桥梁的设计和规划中，有以下几个有关的名词术语，如计算跨径、净跨径、标准跨径、总跨径、桥梁全长、矢跨比等等。

按结构体系及受力特点，桥梁可划分为梁、拱、索三种体系，以及由基本体系之间组合而形成的组合体系。具体分为梁式桥、拱式桥、悬索桥、钢架桥、斜拉桥。

二、混凝土梁桥

梁式桥是用梁或桁架梁作主要承重结构的桥梁。其上部结构在铅垂向荷载作用下，支点只产生竖向反力。梁的内力以弯矩和剪力为主，桥梁由承重的桥跨结构和墩台、基础组成。桥跨结构按静力特性分为简支梁、连续桥、悬臂梁，T型刚构及连续-刚构5种体系；按施工方法不同，可分为整体式梁桥和节段式梁桥、钢筋混凝土及预应力混凝土梁式桥桥跨结构。简支梁桥的跨越能力有限（跨径一般在50m以下），当计算跨径小于20m时，通常采用混凝土材料，计算跨径大于20m时，更多采用预应力混凝土材料。当跨径较大时应采用悬臂梁桥或连续梁桥。

桥跨结构是线路中断时跨越障碍的主要承重结构，主要由桥面系、主梁（横

梁）和支座组成。梁式桥的桥面系通常包括桥面铺装、防水和排水设施、伸缩装置、人行道（或安全带）、栏杆和灯柱等构造。桥梁支座是连接桥梁上部结构和下部结构的重要结构构件，它能将桥梁上部结构的的反力与变形可靠地传递给桥梁的下部结构，从而使结构的实际受力情况与计算的理论图示相符合。按变形的可能性分为：固定支座、单项活动支座、多项活动支座。按支座所用材料分类：钢支座、平板支座、弧形支座、摇轴支座、辊轴支座、聚四氟乙烯支座、滑动支座、橡胶支座、混凝土支座、混凝土较支座、铅支座。按支座的结构形式分类：弧形支座、摇轴支座、辊轴支座、板式橡胶支座、四氟版式橡胶支座、盆式橡胶支座、球形支座等。其中桥梁中使用最广泛的是橡胶支座。

混凝土梁式桥的主要类型和适用条件如下，按照结构体系分有简支梁桥、连续梁桥、悬臂梁桥、T型刚构及连续-刚构桥；按照截面形式分为板式截面、肋梁式截面和箱形截面。

三、拱桥

拱桥是公路上常见的体系之一，其应用之广泛仅次于梁桥。我国拱桥历史悠久，其建造工艺在民间流传久远，存留至今的古石拱桥不下于百十座。拱桥指的是在竖直平面内以拱作为上部结构主要承重构件的桥梁，其受力特点为当承受竖向荷载是在水平方向上对基础有水平推力的作用。拱桥的优点有：跨越能力较大；材料适应性强；节约钢材；桥型美观；耐久性好，节省养护维修费用。其缺点有：自重较大，结构比梁桥复杂；建筑高度大；下部结构负担重，对地基要求高；修复困难。

拱桥的分类如下，按主拱圈（板、肋、箱）所使用得建筑材料可分为圬工拱桥、钢筋混凝土拱桥和钢拱桥等；按拱上建筑的形式可分为实腹示拱桥和空腹示拱桥；按主拱圈所采用的各种拱轴线可将拱桥分为圆弧线拱桥、抛物线拱桥或悬链线拱桥等；按桥面的未知可分为上承式拱桥、下承示拱桥和中承示拱桥按有无水平推力可分为有推力拱桥和无推力拱桥等。又按结构体系分类有简单体系、组合体系和其他类型。按照主拱的截面形式分为板拱桥、肋拱桥、双曲拱桥、箱型拱桥、钢筋混凝土拱桥和劲性骨架混凝土拱桥几种类型。

和梁桥一样，拱桥也由上部结构（桥跨）和下部结构（墩，台，基础）组成。拱桥上部结构又称为桥跨结构，由主拱、拱上建筑和桥面系组成, 拱桥下部结构由支承相邻结构的桥墩、支承桥跨边并与路堤连接的桥台及其下的基础组成。构造又分为主拱构造、拱上建筑构造和钢架拱的构造。拱桥设计简介主要有以下几方面的内容：总体布置、拱轴线型的选择、主拱截面尺寸拟定及桥台基础布置。

拱桥的总体布置应综合考虑桥址自然状况、结构类型特点、施工条件和相关使用要求，通过技术经济比较来确定。其内容包括拟定桥长、分孔选型、确定设计控制标高和主拱矢跨比等。主拱拱轴线型的合理选择是拱桥设计的关键所在，因为它不仅直接影响主攻的内力分布和截面应力的大小，而且对拱桥的经济合理性、结构耐久性和施工安全性都关系密切。

四、其他体系桥梁简介

（一）预应力混凝土连续梁桥

普通混凝土连续梁的使用跨径在15~30m之间，预应力混凝土连续梁桥的跨径在30~150m之间。我国已建成的最大跨径预应力混凝土连续梁桥为云南六库怒江桥。跨径为154m。预应力混凝土连续梁桥的跨径设置通常采用不等跨形式。从预应力混凝土连续梁桥的受力特点来分析。连续桥的立面宜采用变高度方式布置。连续梁在恒载、活载的作用下。支点截面的负弯矩往往大于跨中正弯矩。采

用变高度梁能较好的符合梁的内力分布规律。预应力混凝土连续梁的横截面形式有板式肋梁式小箱梁和箱梁。截面形式的选用与桥梁的跨径静力体系荷载使用要求和施工条件密切相关。连续梁主梁的内力主要有三个，即纵向受弯、受剪以及横向受弯.纵向预应力抵抗纵向受弯和部分受剪，竖向预应力抵抗剪力，横向预应力则抵抗横向受弯。预应力筋地数量和布筋位置都需要根据结构在使用阶段的受力状态予以确认，同时，也要满足施工个阶段的受力需要。

(二)弯桥

弯桥是现代交通工程中的一个重要桥型。平面弯桥的受力特点：由于弯矩耦合，其变形也为弯曲和扭矩的叠加，故变形值要比一般直线桥大；在直线桥中，只有荷载偏心时才产生扭矩，而在平面弯桥中,无论荷载偏心与否都有弯曲和扭矩产生,而且支承处也承受极大的扭矩；弯桥的横梁是有助于抵抗扭转，保持全桥稳定的重要构件，因而与一般直线桥相比，要求其刚度较大。弯桥的支承反力与直线桥相比，有外梁大，内梁小的倾向。

(三)刚架桥

刚架桥可以是单跨或多跨，单跨刚架桥的支柱可以做成直柱式或斜柱式。单跨的刚架桥一般产生较大的水平反力，为了抵抗水平反力，可用拉杆连接两根支柱的底端，或做成封闭式钢架。斜腿刚架桥的压力线和拱桥相近，故其所受的弯矩比门形框架要小，主梁跨度缩短了，但支承反力却有所增加，而且斜柱的长度也较大。多跨刚架桥的主梁，可以做成V形墩身的刚架桥，也可以做成连续力或非连续式。刚架桥的构造特点有如下几种，一般构造是主梁截面形状与梁桥相同，可做成整体肋梁、板式截面或箱梁，主梁在纵向的变化可做成等截面、等高变截面和变高度截面三种。支柱有薄壁式和立柱式，而立柱式有可分多柱和单柱。

（四）斜拉桥

斜拉桥主要由主梁、索塔和斜拉索三部分组成。主梁一般采用混凝土结构，斜拉桥是将主梁用许多拉索直接拉在桥塔上的一种桥梁，是由承压的塔，受拉的索和承弯的梁体组合起来的一种结构体系。其可看作是拉索代替支墩的多跨弹性支承连续梁。其可使梁体内弯矩减小，降低建筑高度，减轻了结构重量，节省了材料。斜拉桥作为一种拉索体系，比梁式桥的跨越能力更大，是大跨度桥梁的最主要桥型。斜拉桥是由许多直接连接到塔上的钢缆吊起桥面，斜拉桥由索塔、主梁、斜拉索组成。索塔型式有A型、倒Y型、H型、独柱，材料有钢和混凝土的。斜拉索布置有单索面体系、双索面体系、空间倾斜索面体系，按桥塔数目分为独塔双跨体系、双塔三跨体系和多塔体系，按使用材料可分为钢主梁、预应力混凝土梁、叠和梁、钢与混凝土混合梁等体系。

（五）悬索桥

悬索桥，又名吊桥指的是以通过索塔悬挂并锚固于两岸(或桥两端)的缆索(或钢链)作为上部结构主要承重构件的桥梁。其缆索几何形状由力的平衡条件决定，一般接近抛物线。从缆索垂下许多吊杆，把桥面吊住，在桥面和吊杆之间常设置加劲梁，同缆索形成组合体系，以减小活载所引起的挠度变形。悬索桥是以承受拉力的缆索或链索作为主要承重构件的桥梁，由悬索、索塔、锚碇、吊杆、桥面系等部分组成。悬索桥的主要承重构件是悬索，它主要承受拉力，一般用抗拉强度高的钢材（钢丝、钢绞线、钢缆等）制作。由于悬索桥可以充分利用材料的强度，并具有用料省、自重轻的特点，因此悬索桥在各种体系桥梁中的跨越能力最大，跨径可以达到1000米以上。优点有：相对于其它桥梁结构悬索桥可以使用比较少的物质来跨越比较长的距离；悬索桥可以造得比较高，容许船在下面通过，

在造桥时没有必要在桥中心建立暂时的桥墩，因此悬索桥可以在比较深的或比较急的水流上建造；悬索桥比较灵活，因此它适合大风和地震区的需要，比较稳定的桥在这些地区必须更加坚固和沉重。缺点：悬索桥的坚固性不强，在大风情况下交通必须暂时被中断；悬索桥不宜作为重型铁路桥梁；悬索桥的塔架对地面施加非常大的力，因此假如地面本身比较软的话，塔架的地基必须非常大和相当昂贵。

五、桥梁墩台

桥墩是在两孔和两孔以上的桥梁中除两端与路堤衔接的桥台外其余的中间支撑结构。桥墩分为实体墩、柱式墩、和排架墩等。按平面形状可分为矩形墩、尖端形墩、圆形墩等。建筑桥墩的材料可用木料、石料、混凝土、钢筋混凝土、钢材等。桥墩分重力式桥墩和轻型桥墩两大类。桥台设置在桥梁两端，它起着支承上部结构和连接两岸道路的作用，既要能挡土护岸，又要能承受台背填土及填土上车辆荷载所产生的附加侧压力。桥台也可分为重力式桥台和轻型桥台两大类。

展望：在我国，21世纪的交通事业必将有更大规模的发展。根据国道主干线系统布局规划，将有若干条纵横向国道主干线需要建设，这就需要建造许多特大跨度的跨海、跨江桥梁，以展现我国桥梁工程师的聪明才智。

1、贾朝霞道路与桥梁工程概论中国建筑工业出版社2010年

2、神蒲生、周绪红混凝土结构设计高等教育出版社2007年

3、杨春风道路工程中国建筑工业出版社2000年

4、郑刚基础工程中国建筑工业出版社2000年

5、阎西康土木工程施工中国建筑工业出版社2000年

6、段树静土木工程概论中国铁道出版社2005年

7、高明远、球秀萍建筑积水排水工程学中国建筑工业出版社2002

8、张新天、罗小辉道路工程中国水利水电出版社2001年