梁式桥简介

梁式桥-正文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。梁式桥为桥梁的基本体系之一。制造和架设均甚方便，使用广泛，在桥梁建筑中占 有很大比例。类型 按上部结构的材料分 有木梁桥、石梁桥、钢梁桥、钢筋混凝土梁桥、预应力 混凝土梁桥以及用钢筋混凝土桥面板和钢梁构成的结合梁桥等。木梁桥和石梁桥只用于小 桥；钢筋混凝土梁桥用于中、小桥；钢梁桥和预应力混凝土梁桥可用于大、中桥。按主要承重结构的形式分 有实腹梁桥和桁架梁桥两大类。实腹梁桥的截面积主要由 弯矩决定，而弯矩大致与跨度的平方成正比（均布荷载条件下），当跨度大时，梁的腹板上 的平均法向应力颇小，不能使材料充分利用，所以跨度不宜做得太大；桁架梁桥的杆件承受 轴向力，材料能充分利用，自重较轻，跨越能力大，多用于建造大跨度桥。但实腹梁桥构造 简单，制造与架设均较方便。由于这两种梁式桥的受力性质不同，实腹梁桥以用于预应力混 凝土桥为主，而桁架梁桥则多用于钢桥。按上部结构的静力体系分 主要有简支梁桥，连续梁桥和悬臂梁桥。 简支梁桥。主梁以孔为单元，两端设有支座,是静定结构，最大弯矩发生在跨中央, 当跨度为/、承受均布荷载为q时，其值为q08（图1a），支点弯矩为零，无助于跨中卸载， 一般适用于中、小跨度。若遇地基不均匀沉降时,上部结构内力不受影响;若一孔遭破坏，邻 孔不受牵连。它可以分片（段）预先制造，分孔架设和修复。这种桥结构简单，制造运输和 架设均甚简便，因此各国多做成标准设计，以便于构件生产工艺工业化、施工机械化，赢得 工期，提高质量，并降低造价（见桥梁标准设计）。111 ii irnnnTinTSTT rr即心.梁式桥简支梁桥的支座，一端为固定支座，用以固定主梁位置,使桥端在平面内不得发生移动, 但可竖向转动；另一端为活动支座，用以保证主梁在荷载、温度、混凝土收缩和徐变作用下 能自由伸缩和转动，以免梁内产生额外附加内力（见桥梁支座）。此外，公路桥在活动端的 桥面处要求设置桥面伸缩缝，以保证行车平稳；铁路钢桥当温度跨度超过 1 00米（位于无 缝线路上为60 米）时，应设钢轨伸缩调节器。简支梁桥的缺点是邻孔两跨之间有异向转角，影响行车平顺。为此，现代公路桥多采用 桥面连续的简支梁桥来改善。此外，简支梁桥的桥墩上需设置两跨桥端的支座，体积增大， 较连续梁桥和悬臂梁桥要多耗费一些材料，阻水面积也大一些。 连续梁桥。主梁若干孔为一联,在中间支点上连续通过，是超静定结构，最大正弯矩 发生在跨中附近，而最大负弯矩（绝对值）发生在支点截面上。由于支点负弯矩的存在。可 使跨中正弯矩比同跨的简支梁减少很多。以受均布荷载的三等跨连续梁为例，边孔最大正弯 矩为3ql2/40,仅为简支梁的60%（比较图1a、b）,且弯矩分布也比较均匀。当跨度较大， 恒载对总荷载的比值稍大时，采用连续梁可导致材料用量减少。连续梁桥更适合采用悬臂拼 装或悬臂灌筑、纵向拖拉或顶推法施工（见混凝土桥架设、钢桥架设）。由于它是超静定结 构，当一孔受到破坏时，邻孔可给予支持而不坠落，对修复与加固有利，而且刚度较大，抗 震性能也好。为使连续梁的平面位置得到固定，且能将纵向水平力传给墩台，每一联必须设 一固定支座，其余为活动支座。现代公路桥为满足高速平稳行车的要求，常采用多孔一联， 用以减少桥面伸缩缝的数目，而将伸缩量集中在梁的活动端，并设置完善的具有大变形量的 伸缩缝装置（见桥面伸缩缝） 。中国湖北沙洋汉江公路桥全长792 米，做成8 孔一联，分 孔为62.4+6x111+62.4米，是目前中国联长和跨长均较大的预应力混凝土连续梁桥。连续梁桥的缺点是，当地基发生差异沉降时，梁内要产生额外的附加内力，为此在设计 中须考虑在支点处设置顶梁与调整支座标高的装置。 悬臂梁桥。在连续梁桥的弯矩图中（图1b）的零值弯矩点（反弯点）处设铰，从构造设计 上使此处弯矩为零（铰只能承受剪力而不能受弯矩），当设铰的数目等于连续梁的超静定次数 时，这就将超静定的连续梁桥变成静定的悬臂梁桥。其内力不因地基不均匀沉陷而变，故可 适用于地质不良的地区，但仍具有支点负弯矩卸载的优点（减小跨中的正弯矩）。人为设铰能 调整恒载内力沿跨长作有利的分布，铰的位置选在跨长0.20.3处（即/。=0.20.3/）,设跨 度及荷载均和简支梁相同时，边孔的最大正弯矩仅为q/12q/2/14 （比较图1a、c），也比简 支梁小得多，这对恒载占主要比例的公路桥和大跨桥梁是有利的。悬臂梁桥的上部结构由锚固孔、悬臂和悬挂孔（简称挂孔）组成，悬挂孔支承在悬臂上， 用铰相联。常采用单悬臂梁桥（图2a）和双悬臂梁桥（图2b）两种型式。前者由三跨构成， 中跨较大以满足通航（车）要求；后者可构成多跨的长大梁式桥。其中的锚固孔起平衡稳定作 用，防止桥身绕悬臂的支点倾覆。在单悬臂梁桥中，如锚固孔过小而悬臂较长时，则边孔的 端支座将受到上拔力，此时需设置受拉力的支座或加平衡重，这往往要增加构造和施工的复 杂性。悬臂梁桥也适合采用悬臂拼装或悬臂灌筑法施工。其缺点是锚固孔一旦破坏，将株连 悬挂孔和悬臂的倒塌；结构刚度不如连续梁大，而且桥面伸缩缝多，不利于高速平稳行车。3图2 悬臂漿桥 a单悬喘b双悬臂1悬轿？钱3悬挂孔 基锚固孔梁式桥此外，尚有带铰的连续梁桥，以及类似于梁式桥受力的 T 形刚构桥（见预应力混凝土 桥）。高跨比 主梁弯矩最大处的梁高h对计算跨度l的比值（h/）称高跨比，是梁式桥设计 的一项重要技术经济指标，对安全、经济和适用有重大影响。为了构造简单，施工方便，梁 式桥的主梁（桁）常做成等高度的。但在大跨度桥梁中，从经济考虑，梁高常随设计内力而 变化，因此在上承式桥中，可将下缘做成曲线型，下承式桥则将上缘做成曲线型。对于预应 力混凝土连续梁桥，为了合理布置钢丝束，常须加大支点刚度（梁高）而调低跨中正弯矩。为了获得最佳的弯矩分布，在连续梁桥和悬臂梁桥中，常须做分跨比较，一般边跨要比 中跨小一些，但分跨规划中又往往要受到地质、地形以及通航（车）要求等条件制约，必须 综合考虑决定。桥梁分跨确定后，梁高 h 取决于强度、刚度和使用条件。按强度要求,荷载 产生的弯矩，要靠梁的内力矩来平衡，梁高必须满足这一条件。如加大梁高,内力矩臂亦随 之增大,可使翼缘（弦杆）面积减小，但要增加腹板（腹杆）用料；如减小梁高，则反之。 当满足材料总用量为最少的要求下，可求得一“经济高度”。但在钢筋混凝土或预应力混凝土 桥中，增大梁高可使钢筋（丝）用量减少，而混凝土用量增加，须作具体分析。按刚度要求， 须在不计冲击力的活载（称静活载）作用下最大竖向挠度不得超过规范规定的容许值，以保 证行车安全平顺，由此可求得“最小高度”；近代趋向采用高强材料,其容许应力提高后,梁高 往往由这一条件所控制。梁的刚度与活载q对恒载p的比值（q/p）有关，比值愈大，梁的高 跨比也要求大一些，一般说来，小桥、钢桥与铁路桥的高跨比要做得大一些。梁式桥的恒载 挠度因可通过设置上拱度来抵消，不作为控制刚度的因素。上拱度是按恒载加二分之一静活 载算得的挠度曲线反向设置，和桥面（轨顶）在活载作用下形成的挠度曲线恰呈反对称，这 样可使上部结构的端部角变化为最小。梁的高跨比还受到使用条件的限制，例如桥下有通航 （车）要求时，则须满足桥下净空的要求。设计时应综合考虑。钢连续梁桥的内力调整 连续梁桥的内力调整实质上是对恒载产生的内力进行调整， 使得跨中与支点控制截面处的设计内力接近相等，从而能使构造简单，制造方便，节省材料。 例如：一联三等跨钢连续梁桥的设计弯矩图（恒载加活载），其中间支点负弯矩的绝对值小 于边跨的跨中正弯矩值，为使这两个控制截面的弯矩接近相等，就先对恒载的弯矩进行调整， 使得跨中的正弯矩减小，支点的负弯矩绝对值加大（图3a）。理论上的做法是在连续梁两 端支点处各施一个向下的力P,两中间支点处各施一个向上的力P,使得沿梁各截面产生一个 负弯矩（-M,图3b），亦即相当于在三跨连续梁安装就位后,要将两端支点下降一个距离，而 中间两个支点的高程维持不变，这要影响桥面的纵坡而且施工麻烦。工程实践中则是当三孔 梁在工厂中制造时，即将端支点的计算下降量考虑在预设的上拱度中,使得钢梁在恒载未作 用前,两个端支点就高于中间支点。当钢梁安装就位后,4 个支点落到同一水平高程时，连续 梁的内力调整也就随之实现。