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盘点全球最流行桥梁结构的施工新技术

时间:2014-03-14 10:47:26 | 来源:中国建筑新闻网 |

  桥梁,指的是为道路跨越天然或人工障碍物而修建的建筑物。桥梁一般由上部结构、下部结构和附属构造物组成,上部结构主要指桥跨结构和支座系统;下部结构包括桥台、桥墩和基础;附属构造物则指桥头搭板、锥形护坡、护岸、导流工程等。全球最流行桥梁结构体系主要有梁桥、拱桥、刚架桥、悬索桥、斜拉桥,那么它们主要的施工新技术有哪些呢?

  梁桥

  梁桥一般建在跨度很大,水域较浅处,由桥柱和桥板组成,物体重量从桥板传向桥柱。它是我国古代最普遍、最早出现的桥梁,古时称作平桥。它的结构简单,外形平直,比较容易建造。把木头或石梁架设在沟谷河流的两岸,就成了梁桥。梁桥为桥梁的基本体系之一,使用广泛,在桥梁建筑中占有很大比例,其上部结构可以是木结构、钢结构、钢筋混凝土结构、预应力混凝土结构或钢筋混凝土桥面板和钢梁的组合结构。

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梁桥效果图

  梁桥(BeamBridge)以受弯为主的主梁作为承重构件的桥梁。主梁可以是实腹梁或桁架梁。实腹梁构造简单,制造、架设和维修均较方便,广泛用于中、小跨度桥梁,但在材料利用上不够经济。桁架梁的杆件承受轴向力,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梁。按照主梁的静力体系,分为简支梁桥、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。一般适用于中、小跨度,结构简单,制造、运输和架设均甚方便,多做成标准设计,以便于构件生产工艺工业化、施工机械化,提高质量,降低造价。。如洛阳黄河桥(67孔跨径50米,全长3429米,1977年建成)。郑州黄河桥(28孔跨径20米、62孔跨径50米、47孔跨径40米,全长5550米,1986年建成)、开封黄河桥(31孔跨径20米、77孔跨径50米,全长4475米,1989年建成)均为公路预应力混凝土T形简支梁桥。

  连续梁桥:主梁若干孔为一联,连续支承在几个支座上,是超静定结构。当跨度较大时,采用连续梁较省材料,更适合用悬臂拼装或悬臂灌筑、纵向拖拉或顶推法施工。如京石公路永定河桥,为预应力混凝土箱形连续梁,1988年建成;武汉长江大桥、南京长江大桥为钢桁架连续梁桥。

  悬臂梁桥:上部结构由锚固孔、悬臂和悬挂孔组成,悬挂孔支承在悬臂上,用铰相联。有单悬臂梁桥(三跨构成,中跨较大以满足通航要求)和双悬臂梁桥(可构成多跨的长大梁桥)。如陕西省咸阳渭河桥(主跨174米,全长448米,1954年建成)为钢筋混凝土悬臂梁桥。

  拱桥

  拱桥一般建在跨度较小的水域之上,桥身成拱形,一般都有几个桥洞,起到泄洪的功能,桥中间的重量传向桥两端,而两端的则传向中间。中国的拱桥始建于东汉中后期,已有一千八百余年的历史。它是由伸臂木石梁桥、撑架桥等逐步发展而成的。在形成和发展过程的外形都是曲的,所以古时常称为曲桥。

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拱桥造型优美

  拱桥,造型优美,曲线圆润,富有动态感。在竖直平面内以拱作为结构主要承重构件的桥梁。arch在容器内的粉料层中如果形成能承受上方粉料的压力而不将此压力传递给下方的面,此面即称为拱桥。拱桥是向上凸起的曲面,其最大主应力沿拱桥曲面作用,沿拱桥垂直方向的最小主应力为零。在重力作用下进行的粉料流出过程中可能反复出现拱桥的形成和崩解过程,此种拱桥称为动拱桥。

  拱桥是我国最常用的一种桥梁型式,其式样之多,数量之大,为各种桥型之冠,特别是公路桥梁,据不完全统计,我国的公路桥中7%为拱桥。由于我国是一个多山的国家,石料资源丰富,因此拱桥以石料为主。我国建造的钢筋混凝土拱桥的形式更是繁花似锦,式样之多当属世界之最,其中建造得比较多的是箱形拱、双曲拱、肋拱、桁架拱、刚架拱等,它们大多数是上承式桥梁,桥面宽敞,造价低廉。

  我国在建造钢筋混凝土拱桥的实践中进行了拱轴线优化,混凝土徐变对混凝土拱内力重分布影响、连拱计算、拱桥荷载横向分布、各种形式拱桥的设计计算理论的创立与完善、组合装配式混凝土拱桥的施工控制等研究。为了适应在软土地基上建造混凝土拱桥,提出了组合桥台形式与其计算理论。在拱桥施工方法上也有所创新:如中小跨径拱桥以预制拱肋为拱架,少支架施工为主,或采用悬砌方法;大跨径拱桥则采取纵向分条,横向分段,预制拱肋,无支架吊装,组合拼装与现浇相组合的施工方法;此外,在采用无支架转体施工方法建造拱桥方面也有不少成功的经验。

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拱桥

  我国建造拱桥的历史要比以造拱桥著称的古罗马晚好几百年,但我国的拱桥却独具一格。形式之多,造型之美,世界少有。以承受轴向压力为主的拱圈或拱肋作为主要承重构件的桥梁,拱结构由拱圈(拱肋)及其支座组成。拱桥可用砖、石、混凝土等抗压性能良好的材料建造;大跨度拱桥则用钢筋混凝土或钢材建造,以承受发生的力矩。

  按拱圈的静力体系分为无铰拱、双铰拱、三铰拱。前二者为超静定结构,后者为静定结构。无铰拱的拱圈两端固结于桥台,结构最为刚劲,变形小,比有铰拱经济,结构简单,施工方便,是普遍采用的形式,但修建无铰拱桥要求有坚实的地基基础。双铰拱是在拱圈两端设置可转动的铰支承,结构虽不如无铰拱刚劲,但可减弱桥台位移等因素的不利影响,在地基条件较差和不宜修建无铰拱的地方,可采用双铰拱桥。三铰拱则是在双铰拱的拱顶再增设一铰,结构的刚度更差些,拱顶铰的构造和维护也较复杂,一般不宜作主拱圈。

  拱桥按结构形式可分为板拱、肋拱、双曲拱、箱形拱、桁架拱。拱桥为桥梁基本体系之一,一直是大跨径桥梁的主要形式。拱桥建筑历史悠久,20世纪得到迅速发展,50年代以前达到全盛时期。古今中外名桥(如赵州桥、卢沟桥、悉尼港桥、克尔克桥等)遍布各地,在桥梁建筑中占有重要地位,适用于大、中、小跨径的公路桥和铁路桥,更因其造型优美,常用于城市及风景区的桥梁建筑。

  刚架桥

  刚架桥一般用于跨径不大的城市桥或公路高架桥和立交桥,是一种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)结构与承压的下部柱(或墩)整体结合在一起的结构。由于梁和柱的刚性连接,梁因柱的抗弯刚度而得到卸荷作用,整个体系是压弯结构,也是有推力的结构。

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  刚架桥

  刚架桥的受国特点是:(1)梁墩柱刚性连接,梁因墩柱的抗弯而卸载,整个体系是压弯结构,也是有推力结构。(2)刚架桥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。(3)刚架桥施工较复杂,一般用于跨度不大的城市或公路的跨线桥和立交桥。(4)采用预应力混凝土和悬臂施工的刚架桥,己成为大跨度桥梁竞争方案之一。

  带拉杆形式刚架桥为方便采用悬臂施工,并且减少跨中正弯矩和挠度值,做成两端带拉杆的结构形式,施工时可在端部临时压重。T形刚构的,桥跨结构的上部梁在墩上采用两边平衡悬臂施工,首先形成一个T字形的悬臂结构.然后相邻的两个T形悬臂在跨中可用剪力铰或跨径较小的挂梁联成一体,称为带铰或带挂孔的T形刚构。

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  刚架桥图示

  门式刚架桥:简称门架桥,其腿和梁垂直相交呈门架形。腿所受的弯矩将随腿和梁的刚度比率的提高而增大。用钢或钢筋混凝土制造的门架桥,多用于跨线桥。至于T形刚构桥(特点是在跨中有铰),及将腿做成V形两撑杆与梁刚性相连的连续梁桥,其外形均与多跨的门架桥相近,但内力分布规律则不同(见预应力混凝土桥)。门架桥可分:①单跨门架桥。用钢制造时,腿脚常设铰,形成两铰门架(图a)。用钢筋混凝土制造时,腿脚可设铰;也可和基础固结,形成固端单跨门架桥(图b),主要用于地质良好处。②双悬臂单跨门架桥。将梁的两端悬伸至门腿之外,在悬伸端加平衡重(图c)或在悬伸端和腿脚间设置预应力拉杆(图d),可使梁的支承截面产生较大的负弯矩,以降低梁的跨中正弯矩,相应地降低梁高,有利于修建跨线桥。③多跨门架桥(图e)。多用于跨度不大的跨线桥。④三跨两腿门架桥(图f)。这种桥在两端设有桥台,采用预应力混凝土时,可将跨度做得较大。例如,美国1981年在休斯敦航道上修建的公路桥。

  斜腿刚架桥:刚架腿是斜置的,两腿和梁中部的轴线大致呈拱形(图g),这样,腿和梁所受的弯矩比同跨度的门式刚架显著减小,而轴向压力有所增加。同上承式拱桥相比,这种桥不需要拱上结构,构件数目较少;当桥面较窄(如单线铁路桥)而跨度较大时,可将其斜腿在桥的横向放坡,以保证桥的横向稳定。著名的预应力混凝土斜腿刚架桥有:联邦德国霍雷姆铁路桥(1953年,腿铰跨度85.5米),中国邯(郸)长(治)铁路浊漳河桥(1981年,脚铰跨度82.0米),法国圣米歇尔公路桥(1957年,按墩的中心距计的分跨为1×60+5×65.2米)等。著名的钢斜腿刚架桥有:卢森堡阿尔泽特公路桥(1965年,脚铰跨度234.1米),南斯拉夫内雷特瓦铁路桥(1966年,100米),法国马蒂格公路桥(1972年,210米),意大利斯法拉沙(Sfalasha)公路桥(1972年,376米),及中国安康汉江铁路桥等。

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责任编辑:xlwang  
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