1、引言

橋梁是一種雜亂的受力構(gòu)造，現(xiàn)在現(xiàn)已能夠使用有限元軟件對(duì)各種雜亂的橋梁構(gòu)造進(jìn)行具體的力學(xué)分析，但與此同時(shí)，橋梁構(gòu)造最根本的力學(xué)概念往往會(huì)被疏忽，有些學(xué)生把所學(xué)的橋梁專(zhuān)業(yè)知識(shí)與力學(xué)概念脫節(jié)，然后約束了其整體判斷力和立異思想。這篇文章從根本的力學(xué)視角來(lái)看待橋梁構(gòu)造，將其力學(xué)特征用最簡(jiǎn)單、最基礎(chǔ)的方法進(jìn)行描述。

2、橋梁結(jié)構(gòu)體系分類(lèi)

從功能上可把橋梁上部構(gòu)造分為直接接受活載的橋面系和接受首要恆、活載的承重構(gòu)造兩個(gè)有些。而承重構(gòu)造的首要方式有以受彎為主的梁和以受軸力為主的拱和索，因此從工程視點(diǎn)看，橋梁根本承重構(gòu)造系統(tǒng)就有梁橋、拱橋和索橋三類(lèi)。但從力學(xué)特性上看，懸索倒過(guò)來(lái)即是拱，一個(gè)受拉一個(gè)受壓，反之亦然（見(jiàn)圖1）。二者能夠看作是一類(lèi)構(gòu)造,姑且稱(chēng)之為拱/索。所以，僅從力學(xué)視點(diǎn)看，就只有兩類(lèi)根本的橋梁承重構(gòu)造：梁和拱/索，其他的橋梁構(gòu)造方式都能夠看作這兩類(lèi)的擴(kuò)展或組合。

圖1 懸索與拱

3、一般梁橋

通常的梁式橋其橋面系和承重構(gòu)造是合二而一的。跟著大家對(duì)橋梁跨過(guò)才能的更大需要，關(guān)于梁式橋而言，就要提高梁的跨過(guò)才能，要設(shè)法下降梁的彎曲應(yīng)力，有兩個(gè)途徑可以到達(dá)此種作用，一是添加橋墩構(gòu)成接連梁橋或接連剛構(gòu)，一是加大截面抗彎剛度。從受力角度看，在相同的截面尺寸、資料和所受彎矩情況下，接連梁的跨度可以比簡(jiǎn)支梁大許多。加大截面抗彎剛度最jia的辦法是加大截面高度，而在加大截面高度的一起，把梁中性軸鄰近的資料減少則有助于減輕構(gòu)造自重，于是就呈現(xiàn)了工字截面、箱形截面、桁架等方式的梁。1890年建成的英國(guó)福斯橋即是一座典型的懸臂桁梁帶掛孔的橋梁，最da桁高110米，跨度到達(dá)521米(圖2)。

圖2 英國(guó)福斯橋

4、梁橋擴(kuò)展—斜拉橋和板拉橋

斜拉橋能夠看作是梁橋的拓展類(lèi)型，如圖3a所示，斜拉索為主梁供給了中心支承，一起其水平分力還供給了軸向壓力，相當(dāng)于預(yù)應(yīng)力，然后提高了梁的跨過(guò)才能，或者說(shuō)減小了梁內(nèi)的彎曲應(yīng)力。對(duì)于矮塔斜拉橋(圖3b)，斜拉索的效果更像體外預(yù)應(yīng)力束，橋塔的效果更像體外預(yù)應(yīng)力束的支承構(gòu)造（圖3c）。

圖3 斜拉橋

板拉橋（圖4）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。

圖4 板拉橋

5、懸索橋和拱橋

由于懸索和拱以接受軸力為主，比以受彎為主的梁具有更大的跨過(guò)才能。懸索能夠采用高強(qiáng)鋼絲資料，且因受拉而不會(huì)失穩(wěn)，因此跨過(guò)才能比受壓為主的拱更大。當(dāng)把橋面系通過(guò)吊桿或許立柱支承在懸索或許拱上時(shí)，就構(gòu)成了懸索橋和拱橋（圖5）。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。

圖5 懸索橋與拱橋

懸索橋的主纜是其首要承重結(jié)構(gòu)，因?yàn)樗强箯潉偠群苄〉娜嵝缘睦|索，所以其幾許線形與其所遭到的荷載密切相關(guān)，表現(xiàn)出強(qiáng)烈的幾許非線性特性。也因?yàn)槠錁O小的抗彎剛度，所以它的豎向剛度首要來(lái)源于其重力和拉力構(gòu)成的剛度，即一般所說(shuō)的重力剛度。而大跨度拱橋的拱肋，因?yàn)槭墙邮軣o(wú)窮軸向壓力的曲線構(gòu)件，因此也表現(xiàn)出較強(qiáng)的幾許非線性特征，其中的安穩(wěn)性問(wèn)題尤為重要。

6、斜腿剛構(gòu)橋

斜腿剛構(gòu)橋（圖6a）的主梁中有較大的彎矩，這是梁橋的受力特征。但一起其主梁和斜腿內(nèi)也有較大的軸向壓力，而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系統(tǒng)橋梁。Y形剛構(gòu)支承橋（圖6b）也可以看作是斜腿剛構(gòu)橋，不一樣的是在橋墩處相鄰兩跨的水平推力悉數(shù)或部分彼此抵銷(xiāo)。

圖6 斜腿剛構(gòu)橋

7、結(jié)語(yǔ)

以上從受力角度簡(jiǎn)要地把主要的橋梁結(jié)構(gòu)形式做了描述，未能做到全覆蓋，更沒(méi)有作嚴(yán)謹(jǐn)?shù)牧W(xué)推導(dǎo)，僅僅是從概念上闡述而已。

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