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公路橋
公路橋概述
公路橋專為高速公路車輛和行人通行而建。公路橋由鋼、鋼筋混凝土或木頭製成,它被設計用於高達0.8萬噸(80,000噸)的重載滾荷,人群。駕駛部分的寬度取決於交通的預期強度和速度以及橋樑的形狀和跨度(通常7-21米)人行道至少1米寬。
按用途分類
按用途分為公路橋、公鐵兩用橋、人行橋、機耕橋、過水橋;
按使用年限分類
按使用年限可分為永久性橋、半永久性橋、臨時橋;
按結構體系分類
以主要的受力構件為基本依據,可分為梁式橋、拱式橋、剛架橋、斜拉橋、懸索橋五大類。
(1)梁式橋
主梁為主要承重構件,受力特點為主梁受彎。主要材料為鋼筋混凝土、預應力混凝土,多用於中小跨徑橋樑。簡支梁橋合理最大跨徑約20米,懸臂樑橋與連續梁橋合宜的最大跨徑約60-70米。
優點:採用鋼筋砼建造的梁橋能就地取材、工業化施工、耐久性好、適應性強、整體性好且美觀;這種橋型在設計理論及施工技術上都發展得比較成熟。
缺點:結構本身的自重大,約佔全部設計荷載的30%至60%,且跨度越大其自重所佔的比值更顯著增大,大大限制了其跨越能力。
(2)拱式橋
拱肋為主要承重構件,受力特點為拱肋承壓、支承處有水平推力。主要材料是圬工、鋼筋砼,適用範圍視材料而定。跨徑從幾十米到三百多米都有,我國最大跨徑鋼筋砼拱橋為170米。
優點:跨越能力較大;與鋼橋及鋼筋砼梁橋相比,可以節省大量鋼材和水泥;能耐久,且養護、維修費用少;外型美觀;構造較簡單,有利於廣泛採用。
缺點:由於它是一種推力結構,對地基要求較高;對多孔連續拱橋,為防止一孔破壞而影響全橋,要採取特殊措施或設置單向推力墩以承受不平衡的推力,增加了工程造價;在平原區修拱橋,由於建築高度較大,使兩頭的接線工程和橋面縱坡量增大,對行車極為不利。
(3)鋼架橋
是一種橋跨結構和墩台結構整體相連的橋樑,支柱與主梁共同受力,受力特點為支柱與主梁剛性連接,在主梁端部產生負彎矩,減少了跨中截面正彎矩,而支座不僅提供豎向力還承受彎矩。主要材料為鋼筋砼,適宜於中小跨度,常用於需要較大的橋下凈空和建築高度受到限制的情況,如立交橋、高架橋等。
優點:外形尺寸小,橋下凈空大,橋下視野開闊,混凝土用量少。
缺點:基礎造價較高,鋼筋的用量較大,且為超靜定結構,會產生磁內力。
(4)斜拉橋
梁、索、塔為主要承重構件,利用索塔上伸出的若干斜拉索在梁跨內增加了彈性支承,減小了梁內彎矩而增大了跨徑。受力特點為外荷載從梁傳遞到索,再到索塔。主要材料為預應力鋼索、混凝土、鋼材。適宜於中等或大型橋樑。
優點:梁體尺寸較小,使橋樑的跨越能力增大;受橋下凈空和橋面標高的限制小;抗風穩定性優於懸索橋,且不需要集中錨錠構造;便於無支架施工。
缺點:由於是多次超靜定結構,計算複雜;索與梁或塔的連接構造比較複雜;施工中高空作業較多,且技術要求嚴格。
(5)懸索橋
主纜為主要承重構件,受力特點為外荷載從梁經過系桿傳遞到主纜,再到兩端錨錠。主要材料為預應力鋼索、混凝土、鋼材,適宜於大型及超大型橋樑。
優點:由於主纜採用高強鋼材,受力均勻,具有很大的跨越能力。
缺點:整體鋼度小,抗風穩定性不佳;需要極大的兩端錨錠,費用高,難度大。
按跨徑分類
按跨徑分類是一種行業管理的手段,並不反映橋樑工程設計和施工的複雜性。以下是我國公路工程技術標準(JTJ001-97)規定的按跨徑劃分橋樑的方法。
(1)特大橋:橋樑總長L≥500m,計算跨徑L0≥100m。
(2)大橋:橋樑總長100m≤L<500m,計算跨徑40m≤L0<100m。
(3)中橋:橋樑總長30m
(4)小橋:橋樑總長8m≤L≤30m,計算跨徑5m≤L0<20m。
按跨越方式分類
按跨越方式分類,可分為固定式橋樑、開啟橋、浮橋、漫水橋等。
(1)固定式橋樑:指一經建成后各部分構件不再拆裝或移動位置的橋樑;漫水橋。
(2)開啟橋:指上部結構可以移動或轉動的橋樑。
(3)浮橋:指用浮箱或船隻等作為水中的浮動支墩,在其上架設貫通的橋面系統以溝通兩岸交通的架空建築物。
(4)漫水橋:又稱過水橋,指洪水期間容許橋面漫水的橋樑。
按施工方法分類
按施工方法分類,混凝土橋樑可分為整體式施工橋樑的和節段式施工橋樑。
(1)整體式:整體式是在橋位上搭腳手架、立模板、然後現澆成為整體式的結構。
(2)節段式:節段式是在工廠(或工場、橋頭)預製成各種構件,然後運輸、吊裝就位、拼裝成整體結構;或在橋位上採用現代先進施工方法逐段現澆而成整體結構。用於大跨徑預應力混凝土懸臂樑橋、T型剛構橋、連續梁橋、拱橋以及斜拉橋、懸索橋的施工。
按橋面位置分類
(1)上承式橋:橋面布置在橋跨結構上面。
(2)下承式橋:橋面布置在橋跨結構下面。
(3)中承式橋:橋面布置在橋跨結構中間。
按主要承重結構所用的材料
按主要承重結構所用的材料來劃分,有木橋、鋼橋、圬工橋(包括磚、石、混凝土橋)、鋼筋混凝土橋和預應力鋼筋混凝土橋。
(1)木橋:用木料建造的橋樑。木橋的優點是可就地取材,構造簡單,製造方便,小跨度多做成梁式橋,大跨度可做成行架橋或拱橋。其缺點是容易腐朽、養護費用大、消耗木材、且容易引起火災。多用於臨時性橋樑或林區橋樑。
(2)鋼橋:橋跨結構是用鋼材建造的橋樑。鋼材強度高,性能優越,表觀密度與容許應力之比值小,故鋼橋跨越能力較大。鋼橋的構件製造最合適工業化,運輸和安裝均較為方便,架設工期較短,破壞后易修復和更換,但鋼材易鏽蝕,養護困難。
(3)圬工橋:用磚、石或素混凝土建造的橋。這種橋常作成以抗壓為主的拱式結構,有磚拱橋、石拱橋和混凝土拱橋等。由於石料抗壓強度高,且可就地取材,故在公路和鐵路橋樑中,以石拱橋用得較多。
(4)鋼筋混凝土橋:又稱普通鋼筋混凝土橋。橋跨結構採用鋼筋混凝土建造的橋樑。這種橋樑,沙石骨料可以就地取材,維修簡便,行車噪音小,使用壽命長,並可採用工業化和機械化施工,與鋼橋相比,鋼材用量與養護費用均較少,但自重大,對於特大跨度的橋樑,在跨越能力與施工難易度和速度方面,常不及鋼橋優越預應力鋼筋混凝土橋橋跨結構採用預應力混凝土建造的橋樑。這種橋樑,利用鋼筋或鋼絲(索)預張力的反力,可使混凝土在受載前預先受壓,在運營階段不出現拉應力(稱全預應力混凝土),或有拉應力而未出現裂縫或控制裂縫在容許寬度內(稱部分預應力混凝土)。
其優點是:能合理利用高強度混凝土和高強度的鋼材,從而可節約鋼材,減輕結構自重,增大橋樑的跨越能力;改善了結構受拉區的工作狀態,提高結構的抗裂性,從而可提高結構的剛度和耐久性;在使用荷載階段,具有較高的承載能力和疲勞強度;可採用懸臂澆築法或懸臂拼裝法施工,不影響橋下通航或交通;便於裝配式混凝土結構的推廣。
它的不足之處是施工工藝較複雜、質量要求較高和需要專門的設備。
隨著橋樑抗震工程和震害經驗總結的發展公路橋抗震易損性鑒定手段已作過幾次修正。這項工作最主要的目的是在現場不經過複雜的計算就可以鑒定出這些公路橋的抗震弱點部位。
通過統計分析,將影響公路橋抗震弱點的因素分兩類加以測定研究。將破壞程度按高弱點(A級)、中弱點(B級)、低弱點(C級)分類(如表1所示)。對以前的地震破壞進行分析,確定了影響橋樑地震易損性的15個項目。這15項主要由四種因素組成,即:地面運動烈度;上部結構和基礎的結構特性;上部結構抗坍落設施;場地件。每一項又分成幾個等級。
表1地震易損性劃分
等級 | 地震破壞易損性 | 破壞度等級 |
A級高易損性 | 遭遇破壞的概率或破壞度較大 | 5上部結構落梁4嚴重破壞 |
B級高易損性 | 遭遇破壞的概率或破壞度中等 | 3中等破壞 |
C級低易損性 | 遭遇破壞的概率或破壞度較小 | 2輕微破壞1細微破壞0無破壞 |
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