1.桥梁基本组成与常用术语
1)桥梁基本组成
桥梁由上部结构、下部结构、支座系统和附属设施四个基本部分组成。
(1)上部结构(桥跨结构):线路跨越障碍(如江河、山谷或其他线路等)的结构物。是在线路中断时跨越障碍的主要承载结构。
(2)下部结构:包括桥墩、桥台和墩台基础,是支承桥跨结构的结构物。
①桥墩:多跨桥的中间支承桥跨结构的结构物。
②桥台:设在桥的两端,一边与路堤相接,以防止路堤滑塌,另一边则支承桥跨结构的端部。为保护桥台和路堤填土,桥台两侧常做锥形护坡、挡土墙等防护工程。
③承台:为承受、分布由墩身传递的荷载,在桩基顶部设置的联结各桩顶的钢筋混凝土平台。
④墩台基础:是保证桥梁墩台安全并将荷载传至地基的结构。
(3)支座系统:是在桥跨结构与桥墩或桥台的支承处设置的传力装置,不仅要传递很大的荷载,并且要保证桥跨结构能产生一定的变位。
(4)附属设施:包括桥面系(桥面铺装、防水排水系统、栏杆或防撞栏杆以及灯光照明等)、伸缩缝、桥头搭板和锥形护坡等。
①桥面铺装(或称行车道铺装):铺装的平整性、耐磨性、不翘曲、不渗水是保证行车舒适的关键。特别是在钢箱梁上铺设沥青面层时,技术要求甚严。
②排水防水系统:应能迅速排除桥面积水,并使渗水的可能性降至最低。城市桥梁排水系统应保证桥下无滴水和结构上无漏水现象。
③栏杆(或防撞栏杆):既是保证安全的构造措施,又是有利于观赏的最佳装饰件。
④伸缩缝:是桥跨上部结构之间或桥跨上部结构与桥台端墙之间所设的缝隙,用以保证结构在各种因素作用下的变位。为使行车顺适、不颠,桥面上要设置伸缩缝构造。
(5)灯光照明:现代城市中,大跨径桥梁通常是一个城市的标志性建筑,大多装置了灯光照明系统,构成了城市夜景的重要组成部分。
2)相关常用术语
(1)净跨径:相邻两个桥墩(或桥台)之间的净距。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。
(2)计算跨径:对于具有支座的桥梁,是指桥跨结构相邻两个支座中心之间的距离,对于拱式桥,是指两相邻拱脚截面形心点之间的水平距离,即拱轴线两端点之间的水平距离。
(3)总跨径:多孔桥梁中各孔净跨径的总和,也称桥梁孔径,反映桥下宣泄洪水的能力。
(4)桥梁高度:指桥面与低水位之间的高差,或指桥面与桥下线路路面之间的距离,简称桥高。
(5)桥梁全长:简称桥长,是桥梁两端两个桥台的侧墙或八字墙后端点之间的距离。
(6)桥下净空高度:设计洪水位、计算通航水位或桥下线路路面至桥跨结构最下缘之间的距离。
(7)容许建筑高度:公路或铁路定线中所确定的桥面或轨道顶标高对于通航净空顶部标高之差。
(8)拱轴线:拱圈各截面形心点的连线。
(9)建筑高度:桥上行车路面(或轨顶)标高至桥跨结构最下缘之间的距离。
(10)净矢高:从拱顶截面下缘至相邻两拱脚截面下缘最低点之连线的垂直距离。
(11)计算矢高:从拱顶截面形心至相邻两拱脚截面形心之连线的垂直距离。
(12)矢跨比:计算矢高与计算跨径之比,也称拱矢度,它是反映拱桥受力特性的一个重要指标。
(13)涵洞:用来宣泄路堤下水流的构造物。通常在建造涵洞处路堤不中断。凡是多孔跨径全长不到8m和单孔跨径不到5m的泄水结构物,均称为涵洞。
2.桥梁的主要类型
1)城市桥梁主要类型
(1)跨河桥:是为跨越江河水流障碍而修建的桥梁。
(2)跨线桥:是跨越公路、铁路和城市道路等交通线路的桥梁。
(3)高架桥:是指代替高路堤的桥梁,具有疏散交通、降低车流密度,提高运输效率,节省用地功能,一般出现在城市道路建设中。
(4)互通立交桥:是在城市重要交通交汇点建立的上下分层、多方向行驶、互不相扰的陆地桥;主要作用是使各个方向的车辆免受路口上的红绿灯管制从而快速通过。
(5)人行天桥:又称人行立交桥。一般建造在车流量大、行人稠密的地段,或交叉口、广场及铁路上面。人行天桥只允许行人通过,用于避免车流和人流平面相交时的冲突,保障人们安全跨越道路的同时,提升车速,减少交通事故。
(6)廊桥:廊桥是一种有屋檐的桥,具有遮阳避雨、供人休憩、交流、聚会、看风景等用途,有的廊桥还有供人暂居的房间。
2)桥梁其他分类
(1)按受力特点分:结构工程上的受力构件,拉、压、弯为三种基本受力方式,由基本件组成的各种结构物,在力学上也可归结为梁式、拱式、悬吊式三种基本体系以及它们之间的各种组合。
①梁式桥又可分为简支梁桥、连续梁桥和悬臂梁桥:
a.简支梁桥:主梁简支在墩台上,各孔独立工作,不受台变位影响。实腹式主梁构造简单,设计简便,施工时可用自行式架桥机或联合架桥机将一片主梁一次架设成功。但简支梁桥各孔不相连续,车辆在通过断缝时将产生跳跃,影响车速的提升。因此,趋向于把主梁做成为简支,而把桥面做成连续的形式。简支梁桥随着跨径增大,主梁内力将急剧增大,用料便相应增多,因而大跨径桥一般不用简支梁。
b.连续梁桥:主梁连续支承在几个桥墩上,在荷载作用下,主梁在不同截面上有的呈现正弯矩,有的呈现负弯矩,而弯矩的绝对值均较同跨径桥的简支梁小。这样,可节省主梁材料用量。连续梁桥通常是将3~5孔做成一联,在一联内无桥面接缝,行车较为顺适。连续梁桥施工时,可以先将主梁逐孔架设成简支梁然后互相连接成为连续梁。或者从墩台上逐段悬伸加长最后连接成为连续梁。
C.悬臂梁桥:又称伸臂梁桥。是将简支梁向一端或两端悬伸出短臂的桥梁。这种桥式有单悬臂梁桥或双悬臂梁桥。悬臂梁桥往往在短臂上搁置简支的挂梁,相互衔接构成多跨悬臂梁。有短臂和挂梁的桥孔称为悬臂孔或挂孔,支持短臂的桥孔称为锚固孔。
②拱式桥的主要承重结构是拱圈或拱肋。这种结构在竖向荷载作用下,桥墩或桥台承受水平推力,同时这种水平推力将显著抵消竖向荷载在拱圈(或拱肋)内引发的弯矩作用。拱桥的承重结构以受压为主,通常用抗压能力强的圬工材料(砖、石、混凝土)和钢筋混凝土等来建造。
③刚架桥的主要承重结构是梁(或板)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,在竖向荷载作用下,梁部主要受弯,而在柱脚处也具有水平反力,其受力状态介于梁桥和拱桥之间。同样的跨径在相同荷载作用下刚架桥的正弯矩比梁式桥要小,刚架桥的建筑高度可以降低;但刚架桥施工比较困难,用普通钢筋混凝土修建,梁柱刚结处易产生裂缝。
④悬索桥以悬索为主要承重结构,结构自重较轻,构造简单,受力明确,能以较小的建筑高度经济合理地修建大跨度桥。由于这种桥的结构自重轻,刚度差,在车辆动荷载和风荷载作用下有较大的变形和振动。
⑤组合体系桥由几个不同体系的结构组合而成,最常见的为连续刚构,梁、拱合等。斜拉桥也是组合体系桥的一种。
(2)按桥梁多孔跨径总长或单孔跨径的长度,可分为特大桥、大桥、中桥、小桥。
(3)按主要承重结构所用的材料来分,有圬工桥、钢筋混凝土桥、预应力混凝土桥、钢桥、钢一混凝土组合梁桥和木桥等。
(4)按上部结构的行车道位置分为上承式桥(桥面结构布置在主要承重结构之上)、下承式桥、中承式桥。