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橋梁按結(jié)構(gòu)類型有哪些分類,其主要受力特點是什么?
更新時間:2024-12-30 15:38
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橋梁按結(jié)構(gòu)類型劃分其實就是根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)的受力特點來進行分類的。橋梁的分類有很多種分類方法,如按結(jié)構(gòu)的類型/受力特點、橋梁結(jié)構(gòu)的功能或用途、承重結(jié)構(gòu)的材料、跨越障礙物的性質(zhì)、按照橋梁的全長和跨徑以及上部結(jié)構(gòu)的行車道的位置等分類方法。在這些橋梁的分類方法中最重要的是按照結(jié)構(gòu)的類型或者說結(jié)構(gòu)的受力特點分類是最重要的方法。

橋梁按照結(jié)構(gòu)的類型/結(jié)構(gòu)的受力特點來進行分類:總體上分為梁式橋、拱式橋、剛架橋、懸索橋、組合體系橋梁幾大類。其中梁式橋、拱式橋、剛架橋和懸索橋是最基本的四種結(jié)構(gòu)體系的橋梁。組合體系橋梁是兩種或兩種以上結(jié)構(gòu)體系組合的橋梁結(jié)構(gòu)體系,其中最典型的組合體系橋梁有斜拉橋、連續(xù)剛構(gòu)橋、梁拱組合體橋(如系桿拱橋、桁架拱橋等)。

1、梁式橋 

梁式橋的受力特點是梁作為承重構(gòu)件以它的的抗彎能力來抵抗或承受荷載。梁橋橋同拱式橋受力上最大的區(qū)別是其在豎向荷載的作用下兩端支承處不會產(chǎn)生水平推力。梁式橋根據(jù)其受力特點可以劃分為:簡支梁、連續(xù)梁、懸臂梁等類型。在公路橋梁結(jié)構(gòu)中應(yīng)用最廣泛的梁式結(jié)構(gòu)主要是簡支梁和連續(xù)梁,早期建造的橋梁結(jié)構(gòu)有少量的懸臂梁(以雙懸臂梁的形式為主)。

2、拱式橋

拱式橋最大的受力特點是橋梁在豎向荷載作用下會產(chǎn)生水平推力,其是屬于有推力結(jié)構(gòu)。拱橋的這個受力特點是對簡單的拱式結(jié)構(gòu)橋梁,對于一些組合式的梁、拱組合體橋不一定適用。如鋼管混凝土系桿拱橋是通過系桿內(nèi)部的拉力拉抵抗拱式結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的水平推力,整個橋梁結(jié)構(gòu)體系屬于超靜定結(jié)構(gòu),而對外部沒有水平推力。拱式橋主要的承重結(jié)構(gòu)為拱肋、拱板或拱箱,其主要承重結(jié)構(gòu)以受壓為主,在設(shè)計時考慮其合理拱軸線。橋梁在實際運營狀態(tài)時,拱肋、拱板(或拱箱)在荷載作用下也會有較小的彎矩。拱式橋按結(jié)構(gòu)體系可以劃分為無鉸拱、雙鉸拱和三鉸拱,最常見的結(jié)構(gòu)體系為無鉸拱。

3、剛架橋

剛架橋是介于梁與拱之間的一種結(jié)構(gòu)體系,它是由受彎的上部梁(或板)結(jié)構(gòu)與承壓的下部柱(或墩)整體結(jié)合在一起的結(jié)構(gòu)。由于梁與柱的剛性連接,梁因柱的抗彎剛度而得到卸載作用,整個體系是壓彎結(jié)構(gòu),也是有推力的結(jié)構(gòu)。

4、懸索橋

懸索橋以懸索為主要承重結(jié)構(gòu)的橋型,懸索橋的受力特點荷載由吊索/吊桿傳至柱纜,再傳至錨墩,傳力途徑簡捷、明確。該橋型是大跨徑橋梁采用的主要結(jié)構(gòu)形式,橋梁主要承重構(gòu)件包括主纜、吊索/吊桿、加勁主梁、索塔以及錨碇等幾部分組成。

5、組合體系橋梁

(1)斜拉橋

斜拉橋又稱斜張橋,是將主梁用拉索直接拉在橋塔上的一種橋梁,是由承壓的塔、受拉的索和承彎的梁體組合起來的一種結(jié)構(gòu)體系。其可看作是拉索代替支墩的多跨彈性支承連續(xù)梁,使其梁體內(nèi)彎矩減小,降低建筑高度,減輕了結(jié)構(gòu)重量,節(jié)省了材料。斜拉橋由索塔、主梁、斜拉索等主要承重構(gòu)件組成。

(2)梁拱組合體系橋

梁拱組合體系橋是將梁和拱兩種基本結(jié)構(gòu)組合起來,共同承受荷載,充分發(fā)揮梁受彎、拱受壓的結(jié)構(gòu)特性及其組合作用,達到節(jié)省材料的目的。根據(jù)拱肋和行車道梁的聯(lián)結(jié)方式不同,拱式組合體系橋一般可劃分為有推力的和無推力兩種類型。梁拱組合體系橋梁最典型代表是系桿拱橋,系桿拱橋基本構(gòu)成包括拱肋、系桿和吊桿(或立柱)幾部分組成。系桿拱的受力特點:它是一種集拱與梁的優(yōu)點于一身的橋型,它將拱與梁兩種基本結(jié)構(gòu)形式組合在一起,共同承受荷載,充分發(fā)揮梁受彎、拱受壓的結(jié)構(gòu)性能和組合作用,拱端的水平推力用拉桿承受,使拱端支座不產(chǎn)生水平推力。

系桿拱橋根據(jù)拱肋剛度和系桿剛度的相對關(guān)系可以分為剛性系桿柔性拱、柔性系桿剛性拱和剛性系桿剛性拱三類。系桿拱橋按照其結(jié)構(gòu)形式可以分為簡支梁拱組合體系橋、連續(xù)梁拱組合體系橋、單懸臂組合式橋梁。

· 簡支梁拱組合體系橋 

簡支梁拱組合體系橋均為無推力結(jié)構(gòu),橋梁基本為下承式。拱肋結(jié)構(gòu)一般為鋼管混凝土和鋼筋混凝土,橋面上常設(shè)置風撐,簡支梁拱組合式橋梁,外部為靜定結(jié)構(gòu),內(nèi)部為高次超靜定結(jié)構(gòu),主要承重構(gòu)件除拱肋外,還有加勁縱梁,它與橫梁組成平面框架,由吊桿上下聯(lián)系以達到共同受力的目的。

· 連續(xù)梁拱組合式橋

連續(xù)梁拱組合式橋可以是上承式、中承式及下承式,也可以是多肋拱、雙肋拱或單肋拱與加勁梁組合。多肋拱及雙肋拱的加勁梁的截面形式可類似于簡支梁拱組合式橋梁布置;而單片拱肋必須配置有箱形加勁梁,以加勁梁強大的抗扭剛度抵消偏載影響。這種橋型本身剛度大,跨越能力大,造型美觀。

· 單懸臂組合式橋梁

單懸臂組合式橋梁只適用于上承式,采用轉(zhuǎn)體施工特別方便。單懸臂梁拱組合式橋梁實際上是將實腹梁挖空,用立柱代替梁腹板,原腹板剪力主要由拱肋豎向分力及加勁梁剪力平衡。這樣的結(jié)構(gòu)加勁梁受拉彎作用,加勁梁采用預(yù)應(yīng)力混凝土,拱肋為鋼筋混凝土。

(3)連續(xù)剛構(gòu)橋

連續(xù)剛構(gòu)橋是實質(zhì)上指墩梁固結(jié)的連續(xù)梁橋,橋梁具有T形剛構(gòu)橋和連續(xù)梁橋的優(yōu)點。在受力特點上連續(xù)剛構(gòu)體系上部結(jié)構(gòu)同連續(xù)梁一樣,而橋墩底部所承受的彎矩、梁體內(nèi)的軸力隨著墩高的增加而減小。在跨徑大而墩高小的連續(xù)列剛構(gòu)橋中,由于體系的溫度變化,混凝土的收縮將在墩底產(chǎn)生較大的彎矩。為減小水平位移在墩上產(chǎn)生的彎距值,連續(xù)剛構(gòu)橋通常采用水平抗推剛度較小的雙薄壁墩。

(4)其它組合體系的橋梁

前面介紹了梁拱組合體系橋、斜拉橋、連續(xù)剛構(gòu)橋等組合體系橋,隨著橋梁建設(shè)技術(shù)的發(fā)展一些新型的組合體系橋也在不斷的出現(xiàn)和發(fā)展。

· 斜拉鋼管拱橋

斜拉鋼管拱橋為幾年來才出現(xiàn)的一種新的橋型,它是由鋼管混凝土拱橋和斜拉橋的組合體系,橋梁主要由拱肋、橋塔、拉索、吊桿、橋面系等部分組成。蓮城大橋(也稱湘江四橋)(見圖1)是世界上首座斜拉鋼管拱橋,橋型為雙飛燕斜拉鋼管拱混凝土橋,主跨400米,橋?qū)?7米。受力特點為以拱結(jié)構(gòu)受力為主,輔以斜拉索受力的組合結(jié)構(gòu)體系。

· 斜拉、懸索組合體系橋

有斜拉和懸索體系組合形成的結(jié)構(gòu)體系,這種結(jié)構(gòu)體系的橋梁較少。漢中龍崗大橋(見圖2)集斜拉橋、懸索橋、鋼混疊合梁橋、混凝土連續(xù)梁橋四種橋型于一身,為亞洲首座三塔斜拉一自錨式懸索組合體系橋,呈現(xiàn)“魚躍龍門”的生動造型。

隨著橋梁建設(shè)技術(shù)以及設(shè)計理念的發(fā)展,未來可能會有更多與環(huán)境協(xié)調(diào)、受力更為合理的組合式橋梁出現(xiàn)。

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