桥梁⼯程
路肩枕⽬录
道路路线遇到江河湖泊、⼭⾕深沟以及其他线路（铁路或公路）等障碍时，为了保持道路的连续性，就需要建造专门的⼈⼯构造物 —— 桥梁来跨越障碍。
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。
第⼀节桥梁的基本组成
图1-2-1表⽰⼀座公路桥梁的概貌，从图中可见，桥梁⼀般由桥跨结构、桥墩和桥台等⼏部分组成。 桥跨结构是在路线中断时跨越障碍的主要承重结构。
桥墩和桥台是⽀承桥跨结构并将恒载和车辆等活载传⾄地基的建筑物。桥墩和桥台中使全部荷载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。
通常⼈们还习惯地称桥跨结构为桥梁上部结构，称桥墩和桥台（包括基础）为桥梁的下部结构。
⼀座桥梁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荷载，并且要保证桥跨结构能产⽣⼀定的变位。
在路堤与桥台衔接处，⼀般还在桥台两侧设置⽯砌的锥形护坡，以保证迎⽔部分路堤边坡的稳定。
轮胎套筒
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。
河流中的⽔位是变动的，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。
桥梁布置和结构有关的主要尺⼨和术语名称：
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(图1-2-1)；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(图1-2-2)。
总跨径
是多孔桥梁中各孔净跨径的总和，也称为桥梁孔径（\sum{l_o}），它反映了桥下宣泄洪⽔的能⼒。
计算跨径
对于具有⽀座的桥梁，是指桥跨结构相邻及两个⽀座中⼼之间的距离，⽤l表⽰。对于图1-2-2所⽰的拱式桥，是两相邻拱脚截⾯形⼼点之间的⽔平距离。桥跨结构的⼒学计算是以l为基准的。
音频延时器
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，以L表⽰。
桥梁⾼度
简称桥⾼，是指桥⾯与低⽔位之间的⾼差(如图1-2-1中的H_1）或为桥⾯与桥下线路路⾯之间的距离。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
是设计洪⽔位或计算通航⽔位⾄桥跨结构最下缘之间的距离，以H表⽰，它应保证能安全排洪，并不得⼩于对该河流通航所规定的净空⾼度。
建筑⾼度
是桥上⾏车路⾯(或轨顶)⾼程⾄桥跨结构最下缘之间的距离(图1-2-1中的h及h')，它不仅与桥跨结构的体系和跨径⼤⼩有关，⽽且还随⾏车部分在桥上布置的⾼度位置⽽异。公路(或铁路)定线中所确定的桥⾯(或轨顶)⾼程，对通航净空顶部⾼程之差，⼜称为容许建筑⾼度。显然，桥梁的建筑⾼度不得⼤于其容许建筑⾼度，否则就不能保证桥下的通航要求。
净⽮⾼
是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，以f_0表⽰（图1-2-2）。
计算⽮⾼
是从拱顶截⾯形⼼⾄相邻两抛脚截⾯形⼼之连线的垂直距离，以f表⽰(图1-2-2)。
⽮跨⽐
是拱桥中拱圈(或拱肋)的计算⽮⾼f与计算跨径l之⽐(f/l)，也称拱⽮度，它是反映拱桥受⼒特性的⼀个重要指标。
标准跨径
此外，我国《公路桥涵设计通⽤规范》(JTG D60—2004)中规定，对标准设计或新建桥涵跨径在50m以下时，⼀般均应尽量采⽤标准跨
径l_b)。对于梁式桥，它是指两相邻桥墩中线之间的距离，或墩中线⾄桥台台背前缘之间的距离；对于拱式桥，则是指净跨径。
第⼆节桥梁的主要类型
⽬前⼈们所见到的桥梁，种类繁多。它们都是在长期的⽣产活动中，通过反复实践和不断总结逐步发展起来的。
为了对各种类型的桥梁结构先有个概略的认识，下⾯加以简要的分析说明。
⼀、桥梁的基本体系
结构⼯程上的受⼒构件，总离不开拉、压和弯三种主要受⼒⽅式。由基本构件所组成的各种结构物，在⼒学上也可归结为梁式，拱式和悬吊式三种基本体系以及它们之间的种组合。现代的桥梁结构也⼀样，不过其内容更丰富，形式更多样，材料更坚固，技术更进步。下⾯从受⼒特点、建桥材料、适⽤跨度、施⼯条件等⽅⾯来阐明桥梁各种体系的特点。
1. 梁式桥
梁式桥是⼀种在竖向荷载作⽤下⽆⽔平反⼒的结构【图1-2-3中的a)和b)】。由于外⼒（恒载和活载）的作⽤⽅向与承重结构的轴线接近垂直，故与同样跨径的其他结构体系相⽐，梁内产⽣的弯矩最⼤，通常需⽤抗弯能⼒强的材料(钢、⽊、钢筋混凝⼟等)来建造。为了节约钢材和⽊料(⽊桥使⽤寿命不长，除临时性桥梁或战备需要外，⼀般不宜采⽤)，⽬前在公路上应⽤最⼴的是预制装配式的钢筋混凝⼟简⽀梁桥。这种梁桥的结构简单，施⼯⽅便，对地基承载能⼒的要求也不⾼，但其常⽤跨径在25m以下，当跨度较⼤时，需要采⽤预应⼒混凝⼠简⽀梁桥，但跨度⼀般也不超过50m。为了达到经济、省料的⽬的，可根据地质条件等修建悬臂式或连续式的梁桥，如图1-2-3c)和d)所⽰。对于很⼤跨径，以及对于承受很⼤荷载的特⼤桥梁，可建造使⽤⾼强度材料的预应⼒混凝⼟梁桥外，也可建造钢桥，如图1-2-3e)所⽰。
图1-2-3梁式桥
2. 拱式桥
拱式桥的主要承重结构是拱圈或拱肋（图1-2-4）。这种结构在竖向荷载作⽤下，桥墩或桥台将承受⽔平推⼒，如图1-2-4b)所⽰。同时，这种⽔平推⼒将显著抵消荷载所引起在拱圈(或拱肋)内的弯矩作⽤。因此，与同跨径的梁相⽐，拱的弯矩和变形要⼩得多。鉴于拱桥的承重结构以受压为主，通常就可⽤抗压能⼒强的坊⼯材料(如砖、⽯、混凝⼟)和钢筋混凝⼠等来建造。
拱桥的跨越能⼒很⼤，外形也较美观，在条件许可的情况下，修建拱桥往往是经济合理的。
同时应当注意，为了确保拱桥能安全使⽤，下部结构和地基必须能经受住很⼤的⽔平推⼒的不利作⽤。此外，拱桥的施⼯⼀般要⽐梁桥困难些。对于很⼤跨度的桥梁，也可建造钢拱桥。
在地基条件不适于修建具有强⼤推⼒的拱桥的情况下，必要时也可建造⽔平推⼒由钢或预应⼒筋做成抗拉系杆来承受的系杆拱桥，如图1-2-4d)所⽰。近年来还发展了⼀种所谓“飞鸟式”三跨⽆推⼒拱桥，如图1-2-4e)所⽰。即在拱桥边跨的两端施加强⼤的预加⼒，传⾄拱脚，以抵消主跨拱脚巨⼤的恒载⽔平推⼒。木马制作
图1-2-4中还⽰出三种不同承式的桥梁。通常称车辆在主要承重结构(拱或梁)之上⾏驶者为上承式桥梁，如图1-2-4a)所⽰；车辆在主要承重结构之下⾏驶者为下承式桥梁，如图1-2-4d)所⽰；图1-2-4中的c)和e)则称为中承式桥梁。
图1-2-4拱式桥
3. 刚架桥
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，如图1-2-5a)所⽰。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[图1-2-5b)
]，其受⼒状态介于梁桥与拱桥之间。刚架桥跨中的建筑⾼度就可以做得较⼩。当遇到线路⽴体交叉或需要跨越通航江河时，采⽤这种桥型能尽量降低线路⾼程，以改善纵坡并能减少路堤⼟⽅量。但普通钢筋混凝⼟修建的刚架桥施⼯⽐较困难，梁柱刚接处较易裂缝。
图1-2-5c)所⽰的T型刚构是修建较⼤跨径钢筋混凝⼟桥曾采⽤的桥型，它是结合了刚架桥和多孔静定悬臂梁桥的特点发展起来的⼀种多跨结构。对于普通钢筋混凝⼟T型刚构桥，由于悬臂根部的负弯矩很⼤，修建时不仅钢材⽤量⼤，⽽且控制混凝⼟裂缝的开展成为关键，因此，跨径就不能做得太⼤(通常达40～50m)，⽬前已很少修建。
预应⼒混凝⼟⼯艺的发展，使得T型刚构桥和连续刚构桥得到了很⼤的推⼴。特别是由于采⽤了悬臂安装或悬臂浇筑的分段施⼯⽅法，不但加速了修建⼤跨度桥梁的施⼯速度，⽽且也克服了要在江河或深⾕中搭设⽀架的困难。
图1-2-5d)所⽰的多跨连续刚构桥，属多次超静定结构，在设计中⼀般应减⼩墩柱的抗弯刚度，不然的话会在结构内引起较⼤的附加内⼒。对很长的桥，为了降低这种附加内⼒，往往将两侧的边跨设置活动饺⽀座，甚⾄将主跨的墩柱做成双壁式结构。
当跨越陡峭河岸和深邃狭⾕时，修建斜腿式的刚构桥往往既经济合理，⼜造型轻巧美观，如图1-2-5e)所⽰。由于斜腿墩柱置于岸坡上，有较⼤斜⾓，在主梁跨度相同的条件下，斜腿刚构桥的桥梁跨度⽐
门式刚构桥要⼤得多。
图1-2-5 刚构矫
T型刚构桥的悬臂主梁，主要承受负弯矩，因此，横截⾯宜⽤箱形截⾯。连续刚构桥和斜腿刚构桥的主梁受⼒与连续梁相近，通常也采⽤各式箱形横截⾯。
4. 悬索桥
传统的悬索桥(也称吊桥)均⽤悬挂在两边塔架上的强⼤缆索作为主要承重结构，如图1-2-6所⽰。在竖向荷载作⽤下，通过吊杆使缆索承受很⼤的拉⼒，通常就需要在两岸桥台的后⽅修筑⾮常巨⼤的错碇结构。悬索桥也是具有⽔平反⼒(拉⼒)的结构。现代的悬索桥上⼴泛采⽤⾼强度的钢丝成股编制的钢缆，以充分发挥其优异的抗拉性能，因此结构⾃重较轻，就能以较⼩的建筑⾼度跨越其他任何桥型⽆与伦⽐的特⼤跨度。悬索桥的另⼀特点是：成卷的钢缆易于运输，结构的组成构件较轻，便于⽆⽀架悬吊拼装。我国在西南⼭岭地区和在遭受⼭洪泥⽯冲击等威胁的⼭区河流上，以及对于⼤跨径桥梁，当修建其他桥梁有困难的情况下，往往采⽤悬索桥。
图1-2-6a)所⽰为在⼭区跨越深沟或河⾕的单跨式吊桥。图1-2 6b)所⽰则是在⼤江或湖海上跨越深⽔区的三跨式吊桥。
图1-2-6悬索桥
近年来，鉴于对桥梁美观的要求，在不宜修建锚碇的情况下，也可建造将主缆锚固在主梁两端的所谓“⾃锚式”悬索桥。这种桥型虽然很有特⾊，但其结构设计和施⼯⼯艺⽐较复杂，经济性较差，⽽且跨径也不宜过⼤，⽬前最⼤跨径为385m。
然⽽，相对于前⾯所说的其他体系⽽⾔，悬索桥的⾃重轻，结构的刚度差，在车辆动荷载和风荷载作⽤下，桥有较⼤的变形和振动。可以说，整个悬索桥的发展历史，是不断研究和克服其有害的变形与振动的历史，亦即是争取其结构刚度的历史。
5. 斜拉桥
斜拉桥由斜索、塔柱和主梁所组成，如图1-2-7所⽰。⽤⾼强钢材制成的斜拉索将主梁多点吊起，并将主梁的恒载和车辆荷载传⾄塔柱，再通过塔柱基础传⾄地基。这样，跨度较⼤的主梁就像⼀根多点弹性⽀承(吊起)的连续梁⼀样⼯作，从⽽可使主梁尺⼨⼤⼤减⼩，结构⾃重显著减轻，既节省了结构材料，⼜⼤幅度地增⼤桥梁的跨越能⼒。此外，与悬索桥相⽐，斜拉桥的结构刚度⼤，即在荷载作⽤下的结构变形⼩得多，且其抵抗风振的能⼒也⽐悬索桥好，这也是在斜拉桥可能达到的⼤跨度情况下使悬索桥逊⾊的重要因素。
斜拉桥的斜索组成和布置、塔柱形式以及主梁的截⾯形状是多种多样的。我国常⽤平⾏⾼强钢丝束、平⾏钢绞线束等制作斜索，并⽤热挤法在钢丝束上包⼀层⾼密度的⿊⾊聚⼄烯(HDPE)外套进⾏防护。
斜索在⽴⾯上也可布置成不同形式。各种索形在构造和⼒学上各有特点，在外形美观上也各具特⾊。常⽤的索形布置为竖琴形[图1-2-7b)]和扇形[图1-2-7c)]两种。另-种是斜索集中锚固在塔顶的辐射形布置[图1-2-7a)]，因其塔项锚固结构复杂⾯较少采⽤。
图1-2-7斜拉桥
常⽤的斜拉桥是三跨双塔式结构，但在实践中也往往根据河流、地形、通航要求等情况，采⽤对称与不对称的双跨独塔式斜拉桥。
斜拉桥是半个多世纪来最富于想象⼒和构思内涵最丰富且引⼈瞩⽬的桥型，它具有⼴泛的适应性。⼀般说来，对于跨度从200m⾄700m，甚⾄超过1000m的桥梁，斜拉桥在技术和经济上都具有相当优越的竞争能⼒。诚然，随着斜拉桥跨度的增⼤，将会⾯临塔过⾼和斜索过长等⼀系列技术难点，这不仅涉及到⾼耸塔柱抗震和抗风等动⼒稳定⽅⾯的问题，⽽且还有主梁受压⼒过⼤以及长斜索因⾃重垂度增⼤⽽引起的种种技术问题。另外，必须提到的是，斜拉桥的斜索可以说是这种桥梁的⽣命线，⾄今国内外已发⽣过⼏起通车仅⼏年就因斜索腐蚀严重⽽导致全部换索的不幸⼯程实例。因此，确保其使⽤寿命，仍是当今桥梁界⼗分关切和重视的重要课题。可以相信，随着⾼性能新材料的开发、计算理
论的进⼀步完善、施⼯⽅法的改进、特别是设计构思的不断创新，斜拉桥还在向更⼤跨度和更新的结构形式发展。
6. 组合体系桥梁
除了以上5种桥梁的基本体系以外，根据结构的受⼒特点，还有由⼏种不同体系的结构组合⽽成的桥梁，称为组合体系桥。图1-2-8a)所⽰为⼀种梁和拱的组合体系，其中梁和拱都是主要承重结构，两者相互配合共同受⼒。由于吊杆将梁向上(与荷载作⽤的挠度⽅向相反)吊住，这样就显著减⼩了梁中的弯矩；同时由于拱与梁连接在⼀起，拱的⽔平推⼒就传给梁来承受，这样梁除了受弯以外尚且受拉。这种组合体系桥能跨越较⼀般简⽀梁桥更⼤的跨度，⽽对墩台没有推⼒作⽤，因此，对地基的要求就与⼀般简⽀梁桥⼀样。图1-2-8b)所⽰为拱置于梁的下⽅、通过⽴柱对梁起辅助⽀承作⽤的组合体系桥。
图1-2-8拱梁组合体系桥梁
图1-2-9⽰出⼏座⼤跨度组合体系钢桥的实例。图1-2-9a)中所⽰是钢桁架和钢拱的组合；图1-2-9b)所⽰是钢梁与悬吊系统的组合；图1-2-9c)所⽰是钢梁与斜拉索的组合；图1-2-9d)所⽰是斜拉索与悬索的组合。
图1-2-9组合体系桥梁
q110a)九江长江⼤桥； b)丹东鸭绿江⼤桥； o)芜湖长江⼤桥； d)纽约布鲁克林⼤桥
⼆、桥梁的其他分类简述
除了上述按受⼒特点分成不同的结构体系外，⼈们还习惯按桥梁的⽤途、⼤⼩规模和建桥材料等其他⽅⾯来进⾏分类。
1. 按⽤途来划分，有公路桥、铁路桥、公路铁路两⽤桥、农桥、⼈⾏桥、运⽔桥(渡槽)及其他专⽤桥梁(如通过管路和电缆等)。
2. 按桥梁全长和跨径的不同，分为特⼤桥、⼤桥、中桥和⼩桥。《公路桥涵设计通⽤规范》(JTG D60- 2004)规定的划分标准如下表所
⽰。
桥涵分类多孔跨径总长L(m)单孔跨径L_k(m)桥涵分类多孔跨径总长L(m)单孔跨径L_k(m)
特⼤桥L>1000L_k>150⼩桥8\le L\le305\le L_k< 20
⼤桥100\le L<100040\le L_k\le 150涵洞L_k< 5
中桥30 < L<10020\le L_k<> 400
注:①单孔跨径系指标准跨径:
②梁式桥、板武桥的多孔跨径总长为多孔标准跨径的总长：拱式桥为两岸桥台内起拱线间的距离：其他形式桥柔为桥⾯系⾏车道长
度。
3. 按主要承重结构所⽤的材料划分，有圬⼯桥(包括砖、⽯、混凝⼟桥)、钢筋混凝⼟桥、预应⼒混凝⼟桥、钢桥和⽊桥等。⽊材易腐，⽽
刮膜棒且资源有限，因此，除了少数临时性桥梁外，⼀般不采⽤。
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。⾼架桥⼀般指跨越深沟峡⾕以代替⾼路堤的桥梁。为将车道升
⾼⾄周围地⾯以上并使其下⾯的空间可以通⾏车辆或作其他⽤途(如堆栈、店铺等)⽽修建的桥梁，称为栈桥。
5. 按上部结构的⾏车道位置，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，如图1-2-3中的a)、
c)和d)以及e)中的公路部分，图1-2-4的a)等；桥⾯布置在承重结构之下的称为下承式桥，如图1-2-6中的a)和b)以及图1-2-4中的d)等；桥
⾯布置在桥跨结构⾼度中间的称为中承式桥，如图1-2-4c)和e)。
上承式桥的构造较简单，施⼯⽅便，⽽且其主梁或拱肋等的间距可按需要调整，以求得经济合理的布置。⼀般说来，上承式桥梁的承重结构宽度可做得⼩些，因⽽可节约墩台圬⼯数量。此外，在上承式桥上⾏车时，视野开阔、感觉舒适也是其重要优点。所以，公路桥梁⼀般尽可能采⽤上承式桥。上承式桥的不⾜之处是桥梁的建筑⾼度较⼤，因此，在建筑⾼度受严格限制的情况下，就应采⽤下承式桥或中承式桥。
除了以上所述各种固定式的桥梁以外，还可按照特殊的使⽤条件修建开合桥、浮桥漫⽔桥等。
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