【中资路桥加固】带你从基本力学来解读桥梁结构特征

1、引言

桥梁是一种杂乱的受力构造，现在现已能够使用有限元软件对各种杂乱的桥梁构造进行具体的力学分析，但与此同时，桥梁构造最根本的力学概念往往会被疏忽，有些学生把所学的桥梁专业知识与力学概念脱节，然后约束了其整体判断力和立异思想。这篇文章从根本的力学视角来看待桥梁构造，将其力学特征用最简单、最基础的方法进行描述。

2、桥梁结构体系分类

从功能上可把桥梁上部构造分为直接接受活载的桥面系和接受首要恆、活载的承重构造两个有些。而承重构造的首要方式有以受弯为主的梁和以受轴力为主的拱和索，因此从工程视点看，桥梁根本承重构造系统就有梁桥、拱桥和索桥三类。但从力学特性上看，悬索倒过来即是拱，一个受拉一个受压，反之亦然（见图1）。二者能够看作是一类构造,姑且称之为拱/索。所以，仅从力学视点看，就只有两类根本的桥梁承重构造：梁和拱/索，其他的桥梁构造方式都能够看作这两类的扩展或组合。

图1 悬索与拱

3、一般梁桥

通常的梁式桥其桥面系和承重构造是合二而一的。跟着大家对桥梁跨过才能的更大需要，关于梁式桥而言，就要提高梁的跨过才能，要设法下降梁的弯曲应力，有两个途径可以到达此种作用，一是添加桥墩构成接连梁桥或接连刚构，一是加大截面抗弯刚度。从受力角度看，在相同的截面尺寸、资料和所受弯矩情况下，接连梁的跨度可以比简支梁大许多。加大截面抗弯刚度最jia的办法是加大截面高度，而在加大截面高度的一起，把梁中性轴邻近的资料减少则有助于减轻构造自重，于是就呈现了工字截面、箱形截面、桁架等方式的梁。1890年建成的英国福斯桥即是一座典型的悬臂桁梁带挂孔的桥梁，最da桁高110米，跨度到达521米(图2)。

图2 英国福斯桥

4、梁桥扩展—斜拉桥和板拉桥

斜拉桥能够看作是梁桥的拓展类型，如图3a所示，斜拉索为主梁供给了中心支承，一起其水平分力还供给了轴向压力，相当于预应力，然后提高了梁的跨过才能，或者说减小了梁内的弯曲应力。对于矮塔斜拉桥(图3b)，斜拉索的效果更像体外预应力束，桥塔的效果更像体外预应力束的支承构造（图3c）。

图3 斜拉桥

板拉桥（图4）可看作是刚性斜拉索的矮塔斜拉桥，也可以看作是一个刚性节点的桁架，或者一个变截面空腹式桁梁。

图4 板拉桥

5、悬索桥和拱桥

由于悬索和拱以接受轴力为主，比以受弯为主的梁具有更大的跨过才能。悬索能够采用高强钢丝资料，且因受拉而不会失稳，因此跨过才能比受压为主的拱更大。当把桥面系通过吊杆或许立柱支承在悬索或许拱上时，就构成了悬索桥和拱桥（图5）。当上述拱桥的立柱间距为零时，就变成了实腹拱，当然此时立柱材料是填土或圬工砌体。

图5 悬索桥与拱桥

悬索桥的主缆是其首要承重结构，因为它是抗弯刚度很小的柔性的缆索，所以其几许线形与其所遭到的荷载密切相关，表现出强烈的几许非线性特性。也因为其极小的抗弯刚度，所以它的竖向刚度首要来源于其重力和拉力构成的刚度，即一般所说的重力刚度。而大跨度拱桥的拱肋，因为是接受无穷轴向压力的曲线构件，因此也表现出较强的几许非线性特征，其中的安稳性问题尤为重要。

6、斜腿刚构桥

斜腿刚构桥（图6a）的主梁中有较大的弯矩，这是梁桥的受力特征。但一起其主梁和斜腿内也有较大的轴向压力，而且其支承处有较大的水平推力，这又是拱桥的受力特征。因此，斜腿刚构桥可以看作是梁和拱的组合系统桥梁。Y形刚构支承桥（图6b）也可以看作是斜腿刚构桥，不一样的是在桥墩处相邻两跨的水平推力悉数或部分彼此抵销。

图6 斜腿刚构桥

7、结语

以上从受力角度简要地把主要的桥梁结构形式做了描述，未能做到全覆盖，更没有作严谨的力学推导，仅仅是从概念上阐述而已。

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