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浅谈桥梁工程
《道路与桥梁工程概论》论文
标题：浅谈桥梁工程
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2011.04.25
浅谈桥梁工程
摘要：从两个反面论述我对桥梁的认识，第一个方面：总结了学习过关于桥梁的知识，对桥的结构作了比较详细的总结;第二个方面:对桥梁的发展作了一些讨论，查阅了各种资料,学习了一些衍生到课本以外的知识，说明了桥梁事业发展的巨大潜力。
关键字:桥梁结构 分类 桥梁特点 超大跨海大桥 施工
随着科学技术的发展，经济，社会，文化水平的提高,桥梁建筑的需求越来越高。经过几十年的努力，我国的桥梁工程无论在建设规模上,还是在科技水平上，都取得令世界瞩目的成就。目前,随着国家公路,国道主干线规划的编制完成，几十公里的跨海湾，海峡特大桥正等着我们去完成,我国广大桥梁工程技术人员正在不断地面临着建设新颖和复杂桥梁结构的挑战,肩负着光荣而艰巨的任务
接下来，我从两个方面论述对桥梁的认识
（一)对桥梁知识的了解
一、桥梁的基本组成部分
1、桥跨结构
桥跨结构又称桥孔结构、上部结构，是在线路中跨越障碍物的结构物，也是主要的承重结构。
2、桥墩、桥台
桥墩、桥台又称下部结构，是支承上部结构并将荷载传递给地基的建筑物。桥台是设置在两侧,而桥墩设置在桥台的中间。
3、墩、台基础
墩、台基础是保证桥墩、桥台的安全，埋置在土层之中，使桥上全部荷载传递给地基的结构物。
二、桥梁的分类
按用途分
桥梁按用途可分为：公路桥、铁路桥、公铁两用桥、农桥、运水桥(或渡槽）、其他专用桥等。
按跨径分
桥梁按跨径可分为:特大、大、中、小桥。
当 8m≤L<30m 或5m≤l<20m 时, 称为小桥；
当 30m≤L<100m 或20m≤l<40m 时，称为中桥;
当 L≥100m 或l≥40m 时，称为大桥；
当 L≥500m 或l≥100m 时，称为特大桥。
按主要承重结构所用材料分
桥梁按主要承重结构所用材料可分为：木桥、钢桥、圬工桥、钢筋混凝土桥、预应力混凝土桥等。
按结构体系分
桥梁按结构体系可分为：梁式桥、拱式桥、刚架桥、悬索桥、斜拉桥以及各种组合式桥等。
按上部结构的行车道位置分
桥梁按上部结构的行车道位置可分为:上承式、中承式和下承式等.
按跨越障碍物的性质分
桥梁按跨越障碍物的性质可分为：跨河桥、跨线桥、跨越深谷桥、高架桥、栈桥等。
其他种类
桥梁的其他种类除固定式桥外，还有开启桥、浮桥、漫水桥等。
三，桥梁的结构
1梁式体系
梁式桥：以受弯为主的主梁作为主要承重构件的桥梁.梁式体系是一种在竖向荷载作用下无水平推力的结构。由于梁桥恒载和活载的作用方向与承重结构的轴线接近垂直,因而梁内产生的弯矩最大,通常需要用抗弯性能强的材料(如钢、木、钢筋混凝土、预应力混凝土等)来建造。主梁可以是实腹梁或者是桁架梁(空腹梁）。实腹梁外形简单，制作、安装、维修都较方便，因此广泛用于中、 小跨径桥梁。但实腹梁在材料利用上不够经济。桁架梁中组成桁架的各杆件基本只承受轴向力，可以较好地利用杆件材料强度，但桁架梁的构造复杂、制造费工，多用于较大跨径桥梁。桁架梁一般用钢材制作,也可用预应力混凝土或钢筋混凝土制作，但用的较少。过去也曾用木材制作桁架梁,因耐久性差，现很少使用。实腹梁主要用钢筋混凝土、预应力混凝土制作，也可以用钢材做成钢钣梁或钢箱梁。
梁式桥的特点：
（1）桥梁的跨越能力高，（2）节省钢材，（3）建筑高度减少，外形美观，适应性好。

2拱式体系

拱桥:
拱桥的主要承重结构是拱圈或拱肋。其特点是结构在竖向荷载作用下两拱脚处不仅产生竖向反力,还产生水平反力,由于水平推力的作用使得共界面的弯矩和剪力大大减小。拱式桥是推力结构，其墩台、基础必须承受强大的拱脚推力。因此拱式桥对地基要求很高，适建于地基和地质条件良好得到桥址。拱式桥不仅承载能力大而且造型美观。
拱桥的特点：
（1）跨越能力较大，（2）材料适应性强，(3)桥型美观，(4）节约钢材，(5）耐久性好，养护维修费用省,（6）自重较大，结构比梁桥复杂,(7）建筑高度大，(8）下部结构负担重,对地基要求较高，(9）修复困难。

3钢筋混凝土刚架桥
桥跨结构（主梁）和墩台（立柱）整体相连的桥梁。由于主梁与立柱之间是刚性连接，在竖向荷载的作用下,在主梁端部产生负弯矩,这样就可以减少跨中的正弯矩，跨中截面尺寸也就随之减少.而立柱除要承受压力外,还要承受弯矩,在柱脚处还要承受水平推力。梁和桥墩体连接，刚性连接的桥梁。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.刚架桥的主要承重是梁式板和立柱或竖墙整体结合在一起的刚架结构，梁和柱的连接处具有很大的刚性。刚架桥的特点是施工比较困难。
刚架桥的特点：
（1)设计比较简单，(2）稳定性好,(3）施工比较困难。
4悬索桥（吊桥）

A、概述
由受拉的悬索作为承重结构的桥梁，称为悬索桥（吊桥)。悬索桥可分为悬索桥和牵索桥两种。
牵索桥是由缆索组成的几何不变的牵索桁架作为承重结构。
悬索桥是由悬索、桥塔、吊杆、加劲梁或桥面系、锚碇五部分所组成。
B、主要体系
（1）柔性悬索桥
柔形吊桥是没有加劲梁的。
(2）刚性悬索桥
1)单链悬索桥
单链悬索桥是指在一个吊杆平面内只设一根悬索。这种形式在半跨有活载作用下会产生S形变形。
2）双链悬索桥
双链悬索桥是指在一个吊杆平面内设有两根悬索.下链的形式是根据桥面半跨有活载时,用来适应该荷载的力多边形来定出的。
C、结构布置
（1)悬索的横向布置
（2)吊杆的布置
吊杆的布置形式一般有竖向布置和斜向布置两种。
（3）锚固的形式
锚固的形式主要有：外锚式和自锚式两种。
外锚式是把锚固梁或锚固支架放在吊桥结构外的山体或者庞大的桥台中.
自锚式是把锚索在加劲梁的端部联结，锚索的水平分力传递给加劲梁，而垂直分力则通过连杆支座传递给桥台。
D`悬索桥的特点：
（1）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,(2）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，（3）　悬索桥比较灵活,因此它适合大风和地震区的需要，（4）悬索桥的坚固性不强
5斜拉桥

斜拉桥又称斜张桥，是一种桥面体系受压,支承体系受拉的组合桥梁.其桥面体系是由加劲梁构成，而支承体系是由钢索组成。
1）斜拉桥主梁上的荷载是通过锚固点直接传递给斜拉索的，而悬索桥则是通过吊杆传递给柔性承重索的，因此两者的结构刚度有较大的区别.
2）悬索桥的承重索是锚固在桥台或后台专设的锚碇上，其主梁是不承受轴力的;在斜拉桥中，主梁是要承受巨大的轴向力，形成偏心受压构件.
3)斜拉桥是可以进行内力调整，也可以改变桥梁的刚度.在健康检查中，如发现斜拉索失效,则可以更换；而悬索桥则无法办到。
一方面：对于悬臂梁桥中预应力钢束的竖向分力仅起到改善梁的抗剪作用,而对于斜拉桥斜拉索拉力的竖向分力能给梁提供竖向弹性支撑的作用;
二方面：斜拉索提供的竖向分力可以抵消梁节段产生的向下的重力，并在未加外荷载前可以不产生弯矩，而在营运荷载作用下，减少两个斜拉索之间的局部弯矩至最小的值。
斜拉桥的几个特殊问题
①预应力混凝土斜拉桥长悬臂不对称、不平衡施工问题;
②斜拉桥的索力测试和长索应力松弛问题；
③斜拉桥中斜拉索的耐久性与防腐问题；
④斜拉索的风雨振动现象和振动控制；
⑤钢箱加劲梁斜拉桥的桥面沥青混凝土铺装问题。
斜拉桥的特点
:（1)跨越能力大，（2）建筑高度小，(3）斜索拉力的水平分力为主梁提供预压力，可提高主梁的抗裂性能，（4）设计构思多样性，（5)悬臂法施工方便安全，（6）与悬索桥相比，斜拉桥的竖向刚度与抗扭刚度均较大，抗风振稳定性好，且无需大型锚碇,故在其使用跨径范围内,悬索桥总造价将比斜拉桥超过20%～30%，（7）桥型美观，（8）设计计算困难。
（二)对外来桥梁发展的展望
据有关桥梁专家介绍，21世纪的桥梁主材将采用高强度、高韧性钢材和仰振合金材料.日本明石海峡大桥的加劲梁采用780兆帕焊接时低预热型新型高强度钢板，使其桥梁主跨设计刷新了20世纪的最大跨记录，达到1990米。21世纪钢桁连续梁将大量采用高强度低预热型焊接用钢板，大线能量焊接用钢板、高韧性钢板、抗层状撕裂型钢板、异形钢板、耐候钢及镀锌钢板、抑振厚板、玻璃钢、抑振合金材料,不仅可有效地增大钢桁梁桥的桥跨，而且能有效地降低梁体自重,实现大跨、轻质目标。高强度混凝土是桥梁建设必不可少的主材料之一,21世纪的混凝土材料将加入来亚纳米、水溶性聚合物、有机纤维以不断提高强度与耐久性。桥梁建设将广泛运用环保型混凝土，桥梁的韧性、耐久性及强度将得以有效地提高。
20世纪90年代以来，桥梁界设计与建造桥梁时将实用功能与艺术构思融为一体,充分考虑周边环境保护，使一座座桥梁成为城市中新的旅游风景线。
　　 21世纪的桥梁建设最令人振奋的是大节段、大块件桥梁结构实现工厂预制,大吨位吊船现场快速安装.一座数千米上万米长的特大桥，墩台、桥塔、梁体安装仅需半年左右时间即可大功告成，既不破坏植被，又不污染施工水域,施工快捷质量好,并可节省大量的劳动力。目前,发达国家的桥梁施工已配有施工指导智能化系统，即利用高速计算机将现场通过自动化传感器对桥梁各部位坐标内力、应力、变形、温度、气象资料进行综合分析,自动判断，确立下一步施工方案及确保安全的应急措施。以保障大桥建造质量安全使用寿命万无一失.
　21世纪建成的新型大桥将更人性化,智能化，通过计算机系统和传感器系统将可以感知风力、气温状况，同时可随时得到并反映出大桥的承载情况、交通状况.同时桥体内的传感器可测出大桥各部位的危险及潜在故障，并及时发出警报。超载汽车、列车通过大桥之前，会被装在桥头的传感器感测出来，及时传感到智能装置,桥头放行栅栏将自动关闭,以防桥梁超载发生危险。未来的桥梁,将成为造福人类，代表社会进步与高度文明的标志性建筑
参考文献:
1《道路与桥梁工程概论》教材 人民交通出版社
2梁富权《道路工程》北京人民交通出版社1995
3叶列平。土木工程科学前沿.北京.清华大学出版社。2006。10
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