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橋梁都有什么結(jié)構(gòu)?
內(nèi)容摘要:
1從功能上可把橋梁上部結(jié)構(gòu)分為直接承受活載的橋面系和承受主要恆、活載的承重結(jié)構(gòu)兩個(gè)部分。而承重結(jié)構(gòu)的主要形式有以受彎為主的梁和以受軸力為主的拱和索,因而從工程角度看,橋梁基本承重結(jié)構(gòu)體系就有梁橋、拱橋和索橋三類(lèi)。
2從力學(xué)特性上看,懸索倒過(guò)來(lái)就是拱,一個(gè)受拉一個(gè)受壓,反之亦然。二者可以看作是一類(lèi)結(jié)構(gòu),姑且稱(chēng)之為拱/索。所以,僅從力學(xué)角度看,就只有兩類(lèi)基本的橋梁承重結(jié)構(gòu):梁和拱/索,其余的橋梁結(jié)構(gòu)形式都可以看作這兩類(lèi)的擴(kuò)展或組合。
3、一般梁橋一般的梁式橋其橋面系和承重結(jié)構(gòu)是合二而一的。隨著人們對(duì)橋梁跨越能力的更大需求,對(duì)于梁式橋而言,就要提高梁的跨越能力,要設(shè)法降低梁的彎曲應(yīng)力,有兩個(gè)途徑可以達(dá)到此種效果,一是增加橋墩形成連續(xù)梁橋或連續(xù)剛構(gòu),一是加大截面抗彎剛度。從受力角度看,在同樣的截面尺寸、材料和所受彎矩情況下,連續(xù)梁的跨度可以比簡(jiǎn)支梁大很多。加大截面抗彎剛度好的方法是加大截面高度,而在加大截面高度的同時(shí),把梁中性軸附近的材料減少則有助于減輕結(jié)構(gòu)自重,于是就出現(xiàn)了工字截面、箱形截面、桁架等形式的梁。1890年建成的英國(guó)福斯橋就是一座典型的懸臂桁梁帶掛孔的橋梁,大桁高110米,跨度達(dá)到521米。
4、梁橋擴(kuò)展—斜拉橋和板拉橋斜拉橋可以看作是梁橋的擴(kuò)展類(lèi)型,斜拉索為主梁提供了中間支承,同時(shí)其水平分力還提供了軸向壓力,相當(dāng)于預(yù)應(yīng)力,從而提高了梁的跨越能力,或者說(shuō)減小了梁內(nèi)的彎曲應(yīng)力。對(duì)于矮塔斜拉橋,斜拉索的作用更像體外預(yù)應(yīng)力束,橋塔的作用更像體外預(yù)應(yīng)力束的支承結(jié)構(gòu)斜拉橋板拉橋可看作是剛性斜拉索的矮塔斜拉橋,也可以看作是一個(gè)剛性節(jié)點(diǎn)的桁架,或者一個(gè)變截面空腹式桁梁。
5、懸索橋和拱橋由于懸索和拱以承受軸力為主,比以受彎為主的梁具有更大的跨越能力。懸索可以采用高強(qiáng)鋼絲材料,且因受拉而不會(huì)失穩(wěn),因而跨越能力比受壓為主的拱更大。當(dāng)把橋面系通過(guò)吊桿或者立柱支承在懸索或者拱上時(shí),就構(gòu)成了懸索橋和拱橋。當(dāng)上述拱橋的立柱間距為零時(shí),就變成了實(shí)腹拱,當(dāng)然此時(shí)立柱材料是填土或圬工砌體。 懸索橋與拱橋懸索橋的主纜是其主要承重結(jié)構(gòu),由于它是抗彎剛度很小的柔性的纜索,所以其幾何線(xiàn)形與其所受到的荷載密切相關(guān),表現(xiàn)出強(qiáng)烈的幾何非線(xiàn)性特性。也由于其極小的抗彎剛度,所以它的豎向剛度主要來(lái)源于其重力和拉力構(gòu)成的剛度,即通常所說(shuō)的重力剛度。而大跨度拱橋的拱肋,由于是承受巨大軸向壓力的曲線(xiàn)構(gòu)件,因此也表現(xiàn)出較強(qiáng)的幾何非線(xiàn)性特征,其中的穩(wěn)定性問(wèn)題尤為重要。
6、斜腿剛構(gòu)橋斜腿剛構(gòu)橋的主梁中有較大的彎矩,這是梁橋的受力特征。但同時(shí)其主梁和斜腿內(nèi)也有較大的軸向壓力,并且其支承處有較大的水平推力,這又是拱橋的受力特征。因此,斜腿剛構(gòu)橋可以看作是梁和拱的組合體系橋梁。Y形剛構(gòu)支承橋也可以看作是斜腿剛構(gòu)橋,不同的是在橋墩處相鄰兩跨的水平推力全部或部分相互抵銷(xiāo)。
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