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1、桥梁结构及其设计原理对于桥梁来说，从采用装配式标准构件的小跨径结构到净跨径接近于 1000 英尺的斜拉梁和连续箱梁，已经证实了预应力混凝土工艺上的方便性，经济上的 竞争性，审美上的卓越性。目前，几乎所有的混凝土桥，甚至跨度较小的桥都是 预应力结构的。人们可以采用预制的，现浇式的，或者混合式的施工方法。先张 法和后张法预加应力通常在同一个工程中使用。桥梁结构在建桥之前，设计工程师要考虑各种因素，例如最适合场地的桥梁形式（悬 索桥，梁桥或拱桥），所用的材料，桥梁所承受的荷载类别，环境因素例如强风 或震动，和最合适的施工方法。桥梁施工中最普遍的施工形式是梁。跨在沟渠上的一块板就是一座简单的梁 桥，荷
2、载作用由材料的弯曲应力承担。一个简支梁只有两个支座，任何一个向下 的荷载作用均会使梁的底面受拉，顶面受压。这些应力对支撑荷载起到足够的力 偶矩，即弯矩。根据静力学原理，保持梁竖直的反力必定等于将其下压的荷载作 用力。因此，对于一种已知量的材料，厚梁比薄梁产生更大的杠杆作用，所以除 了最小的梁-，梁都应作成工字形梁，T梁或中空的箱梁。在简支梁中，最大弯矩值出现在跨中，并向两端递减至 0。如果想要建成一 座外观修长，形态优美的桥梁，这一特点就会造成很多不便。悬臂和悬跨通过“铰” 断开，铰点把弯矩分成两部分，一部分在跨中区域下垂，一部分在内力作用下上 部受拉，下部受压。如有必要，可以将副弯矩配置到承
3、担一般以上的总力矩，以 便更好的满足优美的曲面，伦敦的滑铁卢大桥就是一个例子。英格兰西部布里斯 托附近的埃文毛斯大桥与之相似，但它是一座没有铰接的连续梁桥。这种桥已经 很普遍，尽管一个桥墩下沉或许会使梁弯曲并增加应力。悬索桥可有较大跨径，但是有一个严重的缺陷，那就是它很柔韧，而且交通 荷载可以产生大幅度挠度，尤其当荷载作用在近1/4 跨径时。由于这个原因，几 乎一直都用加劲梁或箱梁来加强缆索。即使这样，这种形式几乎不用于铁路桥上， 因为火车比较重，而且它们的荷载要比公路荷载更集中。但是悬索桥解决了最大 跨径的问题，因为作缆索的钢绳成本廉价，而且其强度比适宜于做梁结构的钢要 大的多。目前中等跨度
4、的桥梁一般均采用一种折中办法是斜拉桥，这种桥装有拉 索，将搭栈和桥面接了起来。桥梁结构中，拱桥可能被看作是翻过来的悬索桥。虽然拱所施加的是推力， 不是拉力，但和悬索桥一样，拱施加在桥墩（端支撑）的力比简支梁大的多，这 使地面承受一部分力，因此在结构中节省了材料，但是需要更可靠的基础。因为 这种结构可以使用普通等级钢，并且将其作成相当大的拱肋或大梁，以保证压曲 抗力，所以挠度问题不大。结构理论与设计（1）桥梁的结构理论中对桥面铺装层的计算分析论述接近于零，现在规范 中只给定了厚度的推荐值7，工程界一直在各等级的公路中运用了几十年。随 着交通量的增大，现在铺装与重型、超重型汽车的增多和车速的增快已
5、不相适应。 桥面铺装层承受车轮荷载的冲击，桥面铺装部分或全部结构的变形，因此桥面铺 装是一个受力复杂的动力体系，各种形式的主梁及铺装本身的构造均影响其应力 的分布。（2）现行桥规第 3.2.2 条规定：。如无精确的计算方法，箱型梁也可 参照 T 形桥进行处理的【9】。从从多箱梁的设计来看，大部分设计者对箱梁构件 时按T形梁进行处理的。而箱梁的实际受力虽有近于T梁的一面，又有异于T梁 的一面，对于连续箱梁差别更大。尤其是近年来箱梁的桥面越来越宽，桥跨与桥 宽之比越来越小，箱梁仍按T梁那种长细杆件设计配筋，越来越不适宜了，导致 T 梁设计的箱梁骨架钢筋在实际受力状态下难以像 T 梁主筋那样发挥应有
6、的作 用。所以，设计的假设状态与箱梁的实际受力状态不一致。（3）随着材料工业的发展，桥梁承重结构的改进，使桥梁主梁能以教柔的 结构达到受力的要求，高等级公路大跨桥梁的横向越来越宽。特别在设计计算中 侧重于主梁纵向的计算分析，对桥梁横向刚度重视不足，横向构造措施不力使桥 面铺装分担了过多的次内力。（4）对于连续桥梁、拱桥及悬臂桥等桥型构造，由于荷载的作用而产生负 弯矩或拉力，使桥面铺装层受到拉力的总用而产生负弯矩区裂缝，从而造成桥面 铺装的损坏。（5）在对高速公路进行交通组织管理中，由于车道功能的不同，人为强制 地使桥梁构造运营始终处于偏载承担了比超车道高得多（量值可达三至四倍）的 运营应力水平
7、，因此加快了主车道铺装层的疲劳。特别是随着私营运输业的发展， 货运业主为追求短期经济利益，通过改变车厢构造如加长车厢和加高车轴弹簧等 使汽车的载重、轴重及轮载成倍增加。这些年车辆对铺装层具有严重的毁坏作用， 并使桥梁结构局部超载，加快了主车道铺装层的病害发展。因此，在设计中应根 据运营中荷载的实际分布情况，在明确了桥梁结构受力的基础上，对桥面铺装成 进行受力计算。一般来说，在美国公路桥梁通常满足美国洲际公路及运输工作者协会规范的 荷载、设计和施工要求。铁路中使用。桥梁的设计和施工以美国铁道工程师协会的铁路工程手册的规定为基准。对于人行立交桥和用于其他目的的桥梁的设计要 求，可由当地或区域性的规
8、范和规程确立。美国混凝土协会规范的条款常常为参 考文献所采纳，而且在大多数情况中作为其他指导性文件的规范规定。在欧洲，以及近年来在西半球，这些要求导致了分段施工的大跨度预应力混 凝土箱型梁桥的发展。在这种桥梁的典型施工中，往往应用滑模技术就地浇注桥 墩。然后在桥墩顶部浇注“榔头”形箱梁节段，进而在每一个方向用平衡悬臂梁 法进行施工。施工或者采用现浇节段，或者采用预制节段向前推进，每一节段都 与前面已经完成的结构用后张法连接。最后，待跨中闭合的现浇接头作好以后， 再用后张法张拉整个结构以达到完全的整体性。Bridges Structure theory and designPretested c
9、oncrete has proved to be technically advantageous, economically competitive, and esthetically superior for bridges, from very short span structures using precast standard components to cable-stayed girders and continuous box girders with clear spans of nearly 1000ft.Nearly all concrete bridges, even
10、 those of relatively short span, are now priestesses. Precutting, cast-in-place construction, or a combination of the two methods may be used. Both pre-tensioning and post-tensioning are employed, often on the same project.Bridge StructureBefore a bridge is built the engineers designing it will have
11、 to consider various points such as the best type of bridge for the site-suspension, beam or arch the materials to be used, the sort of loads it must carry, environmental conditions such as high winds or earthquakes, and the most suitable construction methods.The commonest form of bridge constructio
12、n is the beam .A plank placed across a ditch is a simple beam bridge, and the action of the load is resisted by bending stresses in the material. For a simple supported beam, which are rests on two supports only? Any load acting downwards puts the bottom part of the beam in tension and the top part
13、in compression. These stresses develop sufficient lee rage (the technical term is bending moment) to support the load. The forces keeping the beam straight must, by a fundamental law of statics, equal the load tending to fold it up. Therefore for a given amount of material, a deep beam will give mor
14、e leverage than a thin one, and material near the top and bottom faces works to better effect than material in the middle. So for anything more than the smallest bridges, the beam will be fashioned into I-or T-sections or into a hollow box section.In a simple supported beam the maximum bending momen
15、t occurs at the centre, diminishing to zero at the ends. This is inconvenient if a slender, graceful appearance is wanted. The cantilever and suspended span arrangement has the CANTILEVERS and suspended spans separated by hinges , which divides the bending moment into two parts, sagging as before in
16、 the midspan regions and hogging (tension at the top ,compression at the bottom ) over the inner supports . The If desired, the hogging may be arranged to take more than half the total moment, which fits well with a graceful curved profile-Waterloo Bridge in London is an example . The Avon mouth Bridge near Bristol in western England is similar, but is a continuous girder bridge with no hinges. This is now common practice, despite the fac
