1.橋梁按受力體系分類
按照受力體系分類,橋梁有梁式橋、拱式橋、剛架橋、吊橋四種基本體系,其中梁式橋以受彎為主,拱式橋以受壓為主,吊橋以受拉為主。另外,由上述四大基本體系的相互組合,派生出在受力上也具組合特征的組合體系橋型,如斜拉橋等。下面分別闡述各種橋梁體系的主要特點(diǎn)。
(1)梁式橋
梁式橋是一種在豎向荷載作用下無水平反力的結(jié)構(gòu)。由于外力作用(永久作用和可變作用)的作用方向與承重結(jié)構(gòu)的軸線接近垂直,因而與同樣跨徑的其他結(jié)構(gòu)體系相比,梁橋內(nèi)產(chǎn)生的彎矩最大,通常需用抗彎、抗拉能力強(qiáng)的材料來建造。對于中、小跨徑橋梁,目前在公路上應(yīng)用最廣的是標(biāo)準(zhǔn)跨徑的鋼筋混凝土或預(yù)應(yīng)力混凝土簡支梁橋,施工方法有預(yù)制裝配和現(xiàn)澆兩種。這種梁橋的結(jié)構(gòu)簡單、施工方便,簡支梁對地基承載力的要求也不高,鋼筋混凝土及先張法預(yù)應(yīng)力混凝土簡支梁橋的常用跨徑在25m以下;當(dāng)跨徑較大時,需采用后張法預(yù)應(yīng)力混凝土簡支梁橋,但跨度一般不超過50m。為了改善受力條件和使用性能,地質(zhì)條件較好時,中、小跨徑梁橋可修建等截面連續(xù)梁橋。對于很大跨徑的大橋和特大橋,可采用預(yù)應(yīng)力混凝土變截面梁橋、鋼橋和鋼一混凝土組合梁橋。
(2)拱式橋
拱式橋的主要承重結(jié)構(gòu)是拱圈或拱肋(拱圈橫截面設(shè)計成分離形式對稱為拱肋)。拱式結(jié)構(gòu)在豎向荷載作用下,橋墩和橋臺將承受水平推力。同時,根據(jù)作用力和反作用力原理,墩臺向拱圈(或拱肋)提供一對水平反力,這種水平反力將大大抵消在拱圈(或拱肋)內(nèi)由荷載所引起的彎矩。因此,與同跨徑的梁相比,拱的彎矩、剪力和變形都要小得多。鑒于拱橋的承重結(jié)構(gòu)以受壓為主,通常可用抗壓能力強(qiáng)的圬工材料(如石料、混凝土)和鋼筋混凝土等來建造。
拱橋不僅跨越能力很大,而且外形酷似彩虹臥波,十分美觀,在地質(zhì)情況許可的情況下,修建拱橋往往是經(jīng)濟(jì)合理的,一般在跨徑500m以內(nèi)均可作為比選方案。應(yīng)當(dāng)注意,為了確保拱橋的安全,下部結(jié)構(gòu)和地基(特別是橋臺)必須能經(jīng)受住很大的水平推力作用。此外,與梁式橋不同,由于拱圈(或拱肋)在合龍前自身不能維持平衡,因而拱橋在施工過程中的難度和危險性要遠(yuǎn)大于梁式橋。
(3)鋼架橋
剛架橋的主要承重結(jié)構(gòu)是梁(或板)與立柱(或豎墻)整體結(jié)合在一起的剛架結(jié)構(gòu),梁和柱的連接處具有很大的剛性,以承擔(dān)負(fù)彎矩的作用。所示的門式剛架橋,在豎向荷載作用下,柱腳處具有水平反力,梁部主要受彎,但彎矩值較同跨徑的簡支梁小,梁內(nèi)還有軸壓力 Ⅳ,因而其受力狀態(tài)介于梁橋與拱橋之間。剛架橋的跨中建筑高度可做得較小,但普通鋼筋混凝土修建的剛架橋在梁柱剛結(jié)處較易產(chǎn)生裂縫,需在該處多配鋼筋。另外,門式剛架橋在溫度變化時,內(nèi)部易產(chǎn)生較大的附加內(nèi)力,應(yīng)引起重視。
所示的T形剛構(gòu)橋(帶掛孔的或不帶掛孔的)是修建較大跨徑混凝土橋梁曾采用的橋型,屬靜定或低次超靜定結(jié)構(gòu)。對于這種橋型,由于T構(gòu)長懸臂處于一種不受約束的自由變形狀態(tài),在車輛荷載作用下,懸臂內(nèi)的彎、扭應(yīng)力均較大,受力比較復(fù)雜,當(dāng)配筋不當(dāng)時易產(chǎn)生裂縫。另外,由于混凝土徐變,會使懸臂端產(chǎn)生一定的下?lián)?,從而在懸臂端部和掛梁的結(jié)合處形成一個折角,不僅會損壞伸縮縫,而且車輛在此跳車,給懸臂以附加沖擊力,使行車不適,對橋梁受力也不利。目前這種橋型已較少采用。
連續(xù)剛構(gòu)橋它是為避免設(shè)置大型支座和結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換從連續(xù)梁橋而發(fā)展出來的一種橋型,屬于多次超靜定結(jié)構(gòu),在設(shè)計中一般應(yīng)減小墩柱頂端的水平抗推剛度,使得溫度變化下在結(jié)構(gòu)內(nèi)不致產(chǎn)生較大的附加內(nèi)力。對于很長的橋,為了降低這種附加內(nèi)力,往往在兩側(cè)的一個或數(shù)個邊跨上設(shè)置滑動支座,從而形成的剛構(gòu)一連續(xù)組合體系橋型。
當(dāng)跨越陡峭河岸和深谷時,修建斜腿剛架橋往往既經(jīng)濟(jì)合理又造型輕巧美觀。由于斜腿墩柱置于岸坡上,有較大斜角,中跨梁內(nèi)的軸壓力也很大,因而斜腿剛架橋的跨越能力比門式剛構(gòu)橋要大得多,但斜腿的施工難度較直腿大些。
(4)吊橋(懸索橋)
吊橋是用懸掛在兩邊塔架上的強(qiáng)大纜索作為主要承重結(jié)構(gòu)。在橋面系豎向荷載作用下,通過吊桿使纜索承受很大的拉力,纜索錨于吊橋兩端的錨碇結(jié)構(gòu)中。為了承受巨大的纜索拉力,錨碇結(jié)構(gòu)需做得很大(重力式錨碇),或者依靠天然完整的巖體來承受水平拉力(隧道式錨碇)。纜索傳至錨碇的拉力可分解為垂直和水平兩個分力,因而吊橋也是具有水平反力(拉力)的結(jié)構(gòu)。纜索一般由鋼絲成股編制形成鋼纜,以充分發(fā)揮其優(yōu)良的抗拉性能。吊橋的承載系統(tǒng)包括纜索、塔柱和錨碇三部分,因此結(jié)構(gòu)自重較輕,與其他橋型相比,吊橋具有較大的跨越能力。吊橋的另一特點(diǎn)是受力簡單明了,成卷的鋼纜易于運(yùn)輸,在將纜索架設(shè)完成后,便形成了一個強(qiáng)大穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)支承系統(tǒng),施工過程中的風(fēng)險相對較小。吊橋的剛度較小,屬柔性結(jié)構(gòu),在車輛荷載作用下,吊橋?qū)a(chǎn)生較大的變形。例如跨度 1000m的吊橋,在車輛荷載作用下,1/4區(qū)域的最大撓度可達(dá)3m左右。另外,吊橋風(fēng)致振動及穩(wěn)定性在設(shè)計和施工中也需予以特別重視。
(5)組合體系橋梁
由拉、壓、彎等幾個基本受力體系的結(jié)構(gòu)組合而成的橋梁稱為組合體系橋梁。梁、拱組合體系(圖1-7)中有系桿拱、桁架拱等。它們利用梁的受彎與拱的承壓、吊桿或拉桿受拉的特點(diǎn)組成聯(lián)合結(jié)構(gòu)。在預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)中,因梁體內(nèi)可以儲備巨大的壓力來承受拱的水平推力,使這類結(jié)構(gòu)既具有拱的特點(diǎn),又沒有水平推力,故對地基要求不高,但這種結(jié)構(gòu)施工復(fù)雜。
斜拉橋是由承壓的塔、受拉的索與承彎壓的梁體組合起來的一種結(jié)構(gòu)體系。主要承重的主梁,由于斜拉索將主梁吊住,使主梁變成類似于多點(diǎn)彈性支承的連續(xù)梁,由此減小主梁截面彎矩和梁高,增加橋跨跨徑。斜拉橋的受力特點(diǎn)是:受拉的斜索將主梁多點(diǎn)吊起,并將主梁的永久荷載作用和車輛等其他荷載作用傳至塔柱,再通過塔柱基礎(chǔ)傳至地基。塔柱基本上以受壓為主。主梁同時受到斜拉索豎向和水平分力的作用,為偏心受壓構(gòu)件。斜拉橋?qū)儆诟叽纬o定結(jié)構(gòu),主梁所受彎矩大小與斜拉索的初張力密切相關(guān),存在著最優(yōu)索力分布,即使主梁在受力狀態(tài)下的彎矩(或應(yīng)力)最小。
主梁由于受到斜拉索的彈性支承,彎矩較小,使得主梁尺寸大大減小,結(jié)構(gòu)自重顯著減輕,從而大幅度地提高了斜拉橋的跨越能力。此外,由于塔柱、拉索和主梁構(gòu)成穩(wěn)定的三角形,斜拉橋的結(jié)構(gòu)剛度較大,斜拉橋的抗風(fēng)能力較吊橋(懸索橋)要好得多。但是,當(dāng)跨度很大時,懸臂施工的斜拉橋因主梁懸臂長度過長,承受壓力過大,易產(chǎn)生失穩(wěn)破壞,因而風(fēng)險較大。塔高也過高,外索過長,索垂度的影響使索的剛度大幅下降。
斜拉索的組成和布置、塔柱形式及主梁的截面形狀是多種多樣的,主梁的截面形狀與拉索的布置情況要相互配合。我國常用高強(qiáng)平行鋼絲或鋼絞線等制成斜拉索。斜拉索按施工工藝有工廠預(yù)制(成品索)和現(xiàn)場防護(hù)兩種。我國20世紀(jì)80 年代末、90 年代初修建的斜拉橋中,斜拉索大多采用現(xiàn)場防護(hù)的方法。由于現(xiàn)場防護(hù)環(huán)境不利,不確定因素多,加上施工技術(shù)不夠成熟,拉索在使用7-8 年后,索內(nèi)高強(qiáng)鋼材均出現(xiàn)了不同程度的銹蝕現(xiàn)象,影響了大橋的安全,近年來已有幾座斜拉橋?qū)鬟M(jìn)行了更換。目前常用的平行鋼絲斜拉索完全在工廠內(nèi)制成,在鋼絲束上包一層高密度( HD)的聚乙烯(PE)外套進(jìn)行防護(hù),還可用彩色高密度聚乙烯制成彩色索。
常用的斜拉橋是三跨雙塔式結(jié)構(gòu),但獨(dú)塔雙跨形式也常見,具體形式及布置的選擇應(yīng)根據(jù)河流、地形、通航、美觀等要求加以論證確定。
中交路橋工程檢測主要檢測業(yè)務(wù):鋼結(jié)構(gòu)檢測、橋梁檢測、隧道檢測