学习单元1.2 桥梁组成及分类

1.2.1 桥梁的组成

为了跨越各种障碍（如河流、沟谷或其他线路等），必须修建各种类型的桥梁与涵洞，一般桥梁通常是由上部结构、下部结构、支座和附属设施四个部分组成的，如图1.8、图1.9所示。

上部结构，又称桥跨结构，包括承重结构和桥面系，是路线跨越障碍（如河流、山谷等）的结构物，习惯上是指支座以上跨越桥孔的结构物总称。它的主要作用是承受车辆荷载，并将其通过支座传给墩台。

下部结构，包括桥墩和桥台，是支承桥跨结构并将结构重力和车辆荷载等作用传至地基土层的结构物。通常设置在桥梁两端的称为桥台，它除了上述作用外，还与路堤相衔接，以抵抗路堤土侧压力，防止路堤填土的滑坡和坍落。

桥墩和桥台使全部作用效应传至地基的底部奠基部分，通常称为基础。它是确保桥梁能安全使用的关键。由于基础往往深埋于土层之中，并且一般需在水下施工，故也是桥梁建筑施工中比较困难的部分。

梁桥中在桥跨结构与桥墩或桥台的支承处所设置的传力装置，称为支座，它不仅要传递很大的作用效应，并且要保证桥跨结构能产生一定的位移。

在路堤与桥台衔接处，一般还在桥台两侧设置砌筑的锥形护坡，以保证路堤迎水部分边坡的稳定。

在桥梁建筑工程中，除了上述基本结构外，根据需要还常常修筑护岸、导流结构物等附属工程。

1.2.2 桥梁的主要尺寸和术语名称

河流中水位是变动的，在枯水季节的最低水位称为低水位；洪峰季节河流中的最高水位称为高水位。桥梁设计中按规定的设计洪水频率计算所得的高水位，称为设计洪水位。

对于通航河道，尚需确定通航水位（设计通航水位，即在各级航道中能保持船舶正常航行时的水位）。通航水位包括设计最高通航水位和设计最低通航水位，是各级航道代表性船舶对正常运行的航道维护管理和有关工程建筑物的水位设计依据。

净跨径对于梁式桥是设计洪水位上相邻两个桥墩（或桥台）之间的净距，用l₀表示，如图1.8所示；对于拱式桥是每孔拱跨两个拱脚截面最低点之间的水平距离，如图1.9所示。

计算跨径对于有支座的梁桥，是指桥跨结构相邻两个支座中心之间的距离，用L₀表示。对于图1.9所示的拱式桥，是指两相邻拱脚截面形心点之间的水平距离。因为拱圈（或拱肋）各截面形心点的连线称为拱轴线，故也就是拱轴线两端点之间的水平距离。桥跨结构的力学计算是以计算跨径为基准的。

标准跨径L_k，为梁式桥、板式桥以两桥墩中线间桥中心线长度或桥墩中线与桥台台背前缘间的距离；拱桥和涵洞为净跨径。根据《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60—2004）规定，当标准设计或新建桥涵的跨径在50m及以下时，宜采用标准跨径。桥涵标准跨径有0.75m、1.0m、1.25m、1.5m、2.0m、2.5m、3.0m、4.0m、5.0m、6.0m、8.0m、10m、13m、16m、20m、25m、30m、35m、40m、45m、50m。

总跨径是多孔桥梁中各孔净跨径的总和，也称桥梁孔径（∑l₀），它反映了桥下宣泄洪水的能力。

桥梁全长简称桥长，为桥梁两岸桥台侧墙或八字墙尾端间的距离，用L_q表示。对于无桥台的桥梁为桥面系行车道的全长。在一条线路中，桥梁和涵洞总长的比重反映它们在整段线路建设中的重要程度。

桥梁高度简称桥高，是指桥面与低水位之间的高差，或为桥面与桥下线路路面之间的距离，用H表示。桥高在某种程度上反映了桥梁施工的难易性。

桥下净空高度是设计洪水位或设计通航水位至桥跨结构最下缘之间垂直距离，用H₀表示，它应保证能安全排泄洪，并不得小于该河流通航所规定的最小净空高度。

建筑高度是指桥上行车路面（或轨顶）标高至桥跨结构最下缘之间的距离，用h表示。容许建筑高度指公路（或铁路）定线中所确定的桥面（或轨顶）标高，对通航净空顶部标高之差。

拱桥矢高和矢跨比——从拱顶截面下缘至过起拱线的水平线间的垂直距离，称为净矢高（f₀）；从拱顶截面形心至过拱脚截面形心的水平线间的垂直距离，称为计算矢高（f），计算矢高与计算跨径之比（f／L₀），称为拱圈的矢跨比（或称拱矢度）。

1.2.3 桥梁的分类

1.桥梁的基本体系

桥梁结构的基本体系包括梁式体系、拱式体系、刚架桥、悬索式与组合体系。

（1）梁式体系。梁式体系是一种在竖向荷载作用下无水平反力的结构，梁作为承重结构以它的抗弯能力来承受荷载的。梁分简支梁、连续梁、悬臂梁和固端梁等，如图1.10所示。

（2）拱式体系。拱式体系的主要承重结构是拱肋（或拱圈），在竖向荷载作用下，拱圈主要承受压力，但也承受弯矩。可采用抗压能力强的圬土材料来修建。墩台除受竖向压力和弯矩外，还承受水平推力，如图1.11所示。

（3）刚架桥。刚架桥是介于梁与拱之间的一种结构体系，它是由受弯的上部梁（或板）结构与承压的下布墩（或桩柱）体结合在一起的结构。由于梁和柱的刚性连续，梁因柱的抗弯刚度而得到卸载作用，整个体系是压弯站构，也是推力结构。刚架分直腿刚架与斜腿刚架。

刚架的桥下净空比拱桥大，在同样净空要求下可修建较小的跨径，如图1.12所示。

（4）悬索桥。传统的悬索桥均用悬挂在两边塔架上的强大缆索作为主要承重结构。在竖向荷载作用下，通过吊杆使缆索承受很大的拉力，通常都需要在两岸桥台的后方修筑非常巨大的锚碇结构，如图1.13所示。悬索桥也是具有水平反力（拉力）的结构。悬索桥的跨越能力在各类桥型中是最大的，但结构刚度差，整个悬索桥的发展历史也是争取刚度的历史。

（5）组合体系。

1）梁、拱组合体系。这类体系有系杆拱、桁架拱、多跨拱梁结构等，它们是利用梁的受弯与拱的承压特点组成联合结构。其中梁和拱都是主要承重构件，两者相互配合共同受力，如图1.14所示。

2）斜拉桥。斜拉桥也是一种主梁与斜缆相结合的组合体系，如图1.15所示。悬挂在塔柱上的被张紧的斜缆将主梁吊住，使主梁像多点弹性支承的连续梁一样工作，这样既发挥厂高强材料的作用，又显著减小了主梁截面，使结构减轻而增大跨径。

2.桥梁的其他分类方法简介

（1）按用途分为公路桥、铁路桥、公路铁路两用桥、农用桥、人行桥、运水桥（渡槽）及其他专用桥梁（如通过管路、电缆等）。

（2）按桥梁全长和跨径不同分为特大桥、大桥、中桥、小桥和涵洞。《公路工程技术标准》（JTG B01—2003）规定的划分标准见表1.1。

（3）按上部结构所用的材料可分为木桥、钢筋混凝土桥、预应力混凝土桥、圬工桥（包括砖、石、混凝土桥）和钢桥。

（4）按跨越障碍的性质可分为跨河桥、跨线桥（立体交叉），高架桥和栈桥。

（5）按上部结构的行车遭位置分为上承式桥、下承式桥和中承式桥。桥面布置在主要承重结构之上者称为上承式桥，桥面布置在主要承重结构之下为下承式桥，桥面布置在主要承结构中间的为中承式桥。

（6）按特殊使用条件分为开启桥、浮桥、漫水桥等。

【思考题】

· 总结前述思考题中的明星桥梁的类型。