7　橋梁工程

本章導讀：

●基本要求 了解橋梁的基本概念、作用及其建設發(fā)展情況；了解橋梁組成與分類，橋梁工程實施階段劃分及工作內容；了解橋梁結構體系、構造設計與施工。

●重點　橋梁基本概念、發(fā)展歷程以及結構體系與構造。

●難點　橋梁結構體系與構造。

7.1　概 述

橋梁是土木工程的重要組成部分，橋梁是人類文明的產(chǎn)物，是人類社會進步與發(fā)展的重要標志。在人類生存與發(fā)展最基本的需求中，橋梁是為“行”服務的，同時也與戰(zhàn)爭、宗教、戲劇、民俗等存在千絲萬縷的聯(lián)系。

橋梁是指跨越江河、湖泊、山谷、海峽和道路等障礙使道路連續(xù)的人工構造物。橋梁是架空的路，通過它讓行人、車輛、渠道、管線等順利、安全通過。橋梁在道路交通及城市建設中起作控制性作用，所以，橋梁被稱為“道路咽喉”。

橋梁既是一種功能性的結構物，更是一座立體的造型藝術工程。橋梁往往成為一個城市或一個國家（地區(qū)）的象征。

7.1.1　古代橋發(fā)展簡況

橋梁出現(xiàn)與自然有關，從倒下而橫臥在溪流上的樹干，衍生建造梁橋的想法（見圖7.1）；從天然形成的石穹、石洞，萌發(fā)修建拱橋的想法（見圖7.2）；受崖壁或樹叢間攀爬和飄蕩的藤蔓的啟發(fā)，導致索橋的出現(xiàn)。

圖7.1

圖7.2

橋梁出現(xiàn)于新石器時代中晚期，距今已有7 000余年的歷史。按照時間順序，最早誕生的是木橋，接著是石梁橋、浮橋、索橋以及拱橋。中國建于公元前1075—公元前1046年商紂的鉅橋（多孔木梁駱馳虹橋）比古羅馬建于公元前630年的樁柱式木橋早400年左右。首次出現(xiàn)于公元前965年的渾脫浮橋要比國外早472年。石拱橋的出現(xiàn)則比古羅馬晚近500年，西班牙的6孔阿爾坎塔拉（Alcantara）石拱橋跨徑達到28 m，比建于公元605年的中國趙州橋（見圖7.3，主跨37.02 m）早507年。1779年英國建成主跨30.65 m的鑄鐵拱橋——科爾布魯克代爾（Coalbrookdale）橋，結束了西方僅用木石造橋的歷史。中國在公元581年—公元600年間建造了云南巨津鐵橋，比西方結束木石造橋要早1 200年，但其發(fā)展遠不如西方快。中國在1631年建成了貴州北盤江鐵索橋，為西方建造鐵索橋起到了示范作用，雖然西方在1741年（英國）才建成第一座鐵鏈橋，但隨后的發(fā)展遠快于中國，1883年建成的美國紐約布魯克林486 m的公路懸索橋（見圖7.4）開啟了現(xiàn)代懸索橋建設的先河。

圖7.3　中國趙州橋

圖7.4　美國紐約布魯克林橋

7.1.2　中國近代橋梁的建設與發(fā)展

1840年的鴉片戰(zhàn)爭失敗后，中國淪為半殖民地半封建的弱國，橋梁建設發(fā)展受到嚴重制約，為數(shù)很少的橋梁主要由西方列強派遣的工程師進行設計與施工。

在鐵路橋梁方面，1888年由英國人金達設計，比利時公司施工的薊運河橋（主跨62 m）是中國第一座具有近代水平的鐵路鋼橋。1905—1909年，中國工程師詹天佑主持設計建造的京張鐵路以及懷來橋等橋梁獲得成功，震驚西方工程界。代表性鐵路橋梁有：1894年建成的京山縣灤河橋（鋼桁梁，主跨61 m），1911年建成的隴海線伊洛河橋（雙懸臂鋼桁梁，主跨90 m），1934年建成的松花江橋（我國首座公鐵兩用橋），1936年建成的粵漢線系列拱橋（鋼筋混凝土拱橋，中國工程師設計建造），1937年9月由茅以升主持建成的錢塘江大橋（見圖7.5，中國自行設計建造，1937年12月因抗戰(zhàn)需要而炸毀，1946年抗戰(zhàn)勝利后才得以修復）。

在民國初期，臨時大總統(tǒng)孫中山就積極倡導修建公路，但由于國家內亂、日本侵略等影響，公路橋梁發(fā)展十分緩慢，其發(fā)展主要體現(xiàn)在：建設了一批具有中國特色的石拱橋，如1922年建造的12孔跨徑6.1 m的山西文峪河橋，為當時最大規(guī)模的石拱橋。各地建造、改造了一批木橋，并形成了各自的特色。各地開始修建鋼筋混凝土橋梁，1925年安徽建成首座跨徑16 m的鋼筋混凝土連續(xù)梁橋；1940年，四川建成首座近代新型鋼筋混凝土雙懸臂梁公路大橋——通川橋（全長301 m，主跨20 m）。針對山區(qū)大跨徑橋梁需要，修建了少量鋼橋和懸索橋。

近代城市橋梁隨著城市的迅速發(fā)展與城市交通的日益增長不斷發(fā)展，出現(xiàn)了一批頗具特色的橋梁。1856年建成上海蘇州河外白渡木橋，由于該橋不能滿足交通需要，1906年拆除并由英國公司新建了外白渡鋼橋（見圖7.6），至今仍在使用。1887—1926年，天津在海河上相繼建成6座鋼結構開啟橋，尤以萬國橋最具特色。1929年建成的南京中山橋是中國橋梁工程師獨立設計施工的代表性橋梁之一。

圖7.5　錢塘江大橋

圖7.6　上海外白渡橋

7.1.3　推動現(xiàn)代橋梁發(fā)展的新技術

預應力技術及施工方法的成熟、斜拉橋的復興以及鋼箱梁懸索橋的問世等，是世界橋梁工程發(fā)展中具有標志性的新技術，為現(xiàn)代橋梁工程的發(fā)展奠定了基礎。主要包括：

1955年，德國工程師斯特沃爾德（Finsterwalder）運用預應力混凝土技術首創(chuàng)無支架懸臂掛籃施工技術，在Baldnistin建成拉恩（Lahn）河橋（主跨62 m）。

1950年代初，德國萊茵哈特（Leonhardt）教授創(chuàng)造了以各向異性鋼橋面板代替戰(zhàn)前鋼橋上普遍采用的鋼筋混凝土橋面板，減輕了自重，為現(xiàn)代鋼橋向大跨度發(fā)展創(chuàng)造了條件。

1956年，德國工程師迪辛格爾（Dishinger）在瑞典建成第一座現(xiàn)代斜拉橋——主跨為182.6 m 的Str?msund橋。隨后，萊茵哈特教授首創(chuàng)斜拉橋施工控制的“倒退分析法”。

1959年，德國Strabag AG公司的Wittfoht首創(chuàng)用下承式移動托架（Vorschubrüstung）的施工方法建造了凱蒂格爾坡坑（Kettiger Hang）橋，以后又從托架上的現(xiàn)場澆筑混凝土發(fā)展成預制節(jié)段拼裝的工法。

1959—1962年，萊茵哈特教授等發(fā)明頂推法施工新技術，并于1964年建成了世界第一座用頂推法施工的總長500 m的委內瑞拉切里尼（Cerini）橋。

法國工程師Muller于1964年在全長3 km的奧雷?。∣leron）跨海大橋中首創(chuàng)用上層移動支架（又稱造橋機）進行預制節(jié)段的懸拼施工。

1971年，法國工程師Muller將德國首創(chuàng)的鋼斜拉橋和法國的預應力技術相結合，設計建造了采用預應力混凝土橋塔和橋面的單索面斜拉橋——主跨320 m的Brottone橋，同時首創(chuàng)了萬噸級的盆式支座和千噸級的成品拉索。

1960年代，英國Freeman& Fox公司的總工程師威克斯（Wex）所設計的主跨為988 m的塞文（Severn）橋，開創(chuàng)了流線形箱梁橋面懸索橋。目前世界最大跨懸索橋為建于1998年的日本明石海峽大橋（見圖7.7），主跨達1 991 m。

圖7.7　日本明石海峽大橋

圖7.8　瑞士甘特（Ganter）橋

瑞士Menn教授在1970年代創(chuàng)造了連續(xù)剛構橋新橋型，并于1979年建成了世界第一座預應力混凝土連續(xù)剛構橋——瑞士Fegire橋（主跨107 m）。1980年，首創(chuàng)世界第一座矮塔斜拉橋（板拉撟）——主跨174 m的瑞士甘特（Ganter）橋（見圖7.8）。

7.1.4　中國現(xiàn)代橋梁的建設與發(fā)展

中國現(xiàn)代橋梁建設發(fā)展經(jīng)歷了百廢待興時期，經(jīng)濟困難時期，“文革”災難時期，改革開放時期以及經(jīng)濟騰飛時期。

新中國建立初期，國家百廢待興，橋梁工程建設也在其中。武漢長江大橋建設設想始于1913年，歷經(jīng)多次勘察設計，直至1957年在蘇聯(lián)專家的協(xié)助下建成長江第一橋——武漢長江大橋（見圖7.9，主跨128 m鋼桁梁橋，公、鐵兩用）。1955年和1956年，鐵路與公路部門相繼引進預應力技術，并設計建成隴海線新沂河橋（23.9 m預應力混凝土簡支T梁）和京周公路啞巴河橋（20 m預應力混凝土簡支T梁），目前預應力混凝土簡支T梁已成為20～50 m梁橋的主要橋型。從1956年開始，石拱橋得到快速發(fā)展，1959年建成的湖南黃虎港橋跨徑達到60 m，為該時期中國最大跨徑石拱橋，同期建成的主跨63 m的河南唐河片石混凝土拱橋使中國圬工拱橋首次突破60 m。1950年代中國修建了一批懸索橋，1956年建成的四川金沙江橋跨徑達92 m，為中國第一座斜纜式吊橋。

1960—1966年，中國處于經(jīng)濟困難時期，由于缺少資金及建材，圬工拱橋成為公路橋梁主要選用的橋型。1961年建成的112.5 m的云南南盤江長虹橋（見圖7.10）使中國石拱橋首次突破100 m。1960年代，無錫建橋者發(fā)明了用料省、施工快速方便的雙曲拱橋，并迅速得到推廣，建成的河南前河橋跨徑達150 m，目前仍為同類最大跨徑。在該期間建成的南京長江大橋成為中國橋梁工程師的驕傲。1965年建成的主跨50 m的河南五陵衛(wèi)河橋為中國第一座預應力T型剛構橋。

圖7.9　武漢長江大橋

圖7.10　云南長虹橋

在“文革”災難時期，中國的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)瀕臨癱瘓，資金和材料供應困難，橋梁建設發(fā)展受到影響。然而在該時期創(chuàng)造出了桁架拱橋和剛架拱橋新橋型，并得到推廣；1975年建成了中國第一座試驗性斜拉橋——主跨75.84 m的重慶云陽云安橋（見圖7.11，現(xiàn)因三峽水庫蓄水拆除）。1980年建成主跨174 m的T型剛構橋——重慶長江大橋（目前仍為世界同類最大跨徑橋梁）。

圖7.11　重慶云陽云安橋

圖7.12　汕頭海灣大橋

1979—2000年，中國進入改革開放時期，經(jīng)濟社會迅猛發(fā)展，橋梁建設也進入了快速發(fā)展時期。斜拉橋得到廣泛推廣，1982年建成的濟南黃河公路斜拉橋（主跨220 m）成為中國早期斜拉橋建設的里程碑。預應力混凝土連續(xù)梁橋建設進入高潮。1991年建成的主跨400 m的斜拉橋—上海南浦大橋標志著中國自主建設大跨徑橋梁的開始，為中國橋梁在1990年代崛起奠定了基礎。1994年建成的主跨452 m的廣東汕頭海灣大橋成為中國第一座現(xiàn)代懸索橋（見圖7.12，混凝土加勁梁），1997建成中國第一座現(xiàn)代鋼懸索橋——主跨888 m的廣東虎門大橋。1997年建成重慶萬州長江大橋將世界混凝土拱橋最大跨徑從390m（南斯拉夫KRK橋）提高到420 m，至今仍為世界同類橋梁最大跨徑。從1991年開始，鋼管混凝土拱橋在中國得到迅猛發(fā)展，2005年建成的主跨460 m的重慶巫山長江大橋至今仍為世界最大跨徑鋼管混凝土拱橋（見圖7.13）。2008年建成世界第一座超千米的斜拉橋——主跨1 088 m的蘇通大橋（見圖7.15），成為世界斜拉橋建設新的里程碑。2006年建成的重慶長江大橋復線橋（見圖7.14）將世界連續(xù)剛構橋最大跨徑從301 m（挪威stolma橋）提高到330 m，成為世界同類橋梁跨徑新紀錄。主跨1 650 m的浙江西侯門大橋建于2009年，該橋跨徑居世界第二，為世界上最大跨度的鋼箱梁懸索橋。2009年建成的主跨552 m的鋼桁拱橋——重慶朝天門長江大橋（見圖7.16），為世界最大跨徑拱橋。

總之，中國橋梁建設已走上復興之路，正在從橋梁大國邁向橋梁強國。

圖7.13　重慶巫山長江大橋

圖7.14　重慶長江大橋復線橋

圖7.15　蘇通大橋

圖7.16　重慶朝天門長江大橋

7.2　橋梁的組成與分類

7.2.1　橋梁的組成

橋梁由橋跨結構（上部結構）和下部結構組成，如圖7.17所示。

圖7.17　橋梁組成

橋梁橋跨結構是道路遇到河流、海峽、山谷、道路等障礙中斷時的跨越結構物，由主結構（梁式、拱式、斜拉、懸索等）和橋面系組成。其中橋面系包括：

①行車道鋪裝（也稱橋面鋪裝）：設置于行車道上，用于防止橋梁主結構受到磨損，同時起到分散車輪荷載的作用。

②人行道：設置在橋面兩側，供行人使用。

③欄桿（或防撞欄桿）：設于橋面或人行道邊緣，用于保護行車、行人安全。

④排水防水系統(tǒng)：排水系統(tǒng)用于迅速排除橋面積水；防水系統(tǒng)用于防止橋梁主結構受到滲水侵蝕。

⑤伸縮縫：設于橋跨結構之間和橋跨結構與橋臺端墻之間，用于保證橋跨結構在各種因素作用下的自由變位。

⑥照明設施：設置于城市橋梁上，用于橋梁夜間照明。

橋梁下部結構包括：

①橋墩：設于河中或岸邊，用于支撐橋跨結構。

②橋臺：設于橋梁兩端，用于支撐橋跨結構，并起橋臺后路堤擋土墻作用

③基礎：設于橋墩、橋臺底部，將經(jīng)橋墩、橋臺傳下的荷載傳至地基。

④支座系統(tǒng)。設于橋跨結構與橋墩、橋臺之間，將上部結構荷載傳至橋墩、橋臺，同時保證橋跨結構在各種因素下自由變位的功能。

7.2.2　橋梁的分類

根據(jù)不同的觀測點，橋梁具有多種分類方式：

①按用途不同，橋梁分為公路橋、鐵路橋、公（路）鐵（路）兩用橋、農(nóng)用橋、人行橋、渡槽橋等。

②按照橋梁全長和跨徑不同，并根據(jù)現(xiàn)行橋梁規(guī)范，橋梁分類見表7.1。

表7.1　橋梁按全長和跨徑分類

③根據(jù)橋梁主要承重結構所用材料的不同，橋梁分為圬工橋梁（包括磚、石、混凝土）、鋼筋混凝土橋梁、預應力混凝土橋梁、鋼橋和木橋等。

④按照跨越障礙的性質分類，橋梁包括跨河橋、跨線橋、立交橋、高架橋和棧橋等。

⑤根據(jù)橋梁結構受力體系不同，橋梁分為梁式橋、拱式橋、纜索承重橋等。

7.3　橋梁工程實施階段劃分及其工作內容

橋梁工程實施階段分為：工程可行性研究、初步設計、技術設計和施工圖設計、橋梁施工、使用管理與養(yǎng)護等。

（1）工程可行性研究

可行性研究是橋梁工程立項建設的依據(jù)，主要應回答橋梁建設的必要性、技術可行性、經(jīng)濟合理性等問題，提出建設方案。

圖7.18　重慶萬州長江大橋總體布置（單位：m）

（2）初步設計

橋梁工程初步設計的依據(jù)是經(jīng)專家論證并得到主管部門批準的工程可行性研究報告（包括通航論證報告、行洪論證報告、環(huán)境評價報告等）、業(yè)主下達的設計任務書（委托書）以及業(yè)主與設計單位簽訂的設計合同、國家標準、行業(yè)規(guī)范等，就橋位、建橋標準、建橋規(guī)模等控制性要求作出規(guī)定。特別通過多方案比選，提出橋型推薦方案，待評審批準后開展施工圖設計。

（3）技術設計

技術設計根據(jù)初步設計批復意見，對重大、復雜的技術問題通過科學試驗、專題研究，進一步勘探、分析比較，解決初步設計中未解決的問題，落實技術方案，提出修正的施工方案等。為施工圖設計提供依據(jù)。

（4）施工圖設計

根據(jù)批準的初步設計文件或技術設計文件，根據(jù)設計合同、施工需要的補充鉆探（稱“施工鉆探”），進一步對所審定的修建原則、設計方案、技術決定加以具體化，繪制施工詳圖供施工使用，最終確定各項工程數(shù)量，提出文字說明和施工所需的圖表資料、施工組織設計、施工圖預算。

（5）橋梁施工

在橋梁施工圖得到審批后，即可通過招標選定施工單位、監(jiān)理單位等，在完成相關報批程序后即可開展橋梁施工。橋梁施工由承包商負責，監(jiān)理工程師負責施工質量、進度、費用管理，監(jiān)控單位對橋梁施工過程中的結構受力、線形與安全實施宏觀控制，質監(jiān)部門負責工程質量監(jiān)督，設計者為施工過程提供技術服務，業(yè)主負責工程實施協(xié)調。

（6）橋梁使用管理與養(yǎng)護

橋梁竣工驗收完成后即可交付使用。橋梁設計壽命一般為100年，橋梁在使用過程中將受到各種不利因素的影響，猶如人一樣，也有“生老病死”的問題，需要對其實施全面、嚴格管理，定期對其進行檢查、評估，必要時對其實施及時維護或加固，以不斷維持橋梁功能與安全狀態(tài)，確保橋梁正常服役。

7.4　橋梁設計荷載

現(xiàn)行《公路橋涵設計通用規(guī)范》（JTGD 60—2004）規(guī)定公路橋梁作用劃分為三類，即永久作用、可變作用和偶然作用（見表7.2），同時，根據(jù)作用可能出現(xiàn)的概率，在設計橋涵時考慮不同的作用組合。城市橋梁參照公路橋執(zhí)行。鐵路、軌道交通按照相關規(guī)定采用。

表7.2　橋梁作用分類

7.5　橋梁結構體系與構造設計

7.5.1　梁式橋

梁式橋是一種在豎向荷載作用下無水平反力的結構。由于梁式橋主要承受豎向作用（恒載和活載等），故以受彎為主，需要抗彎能力強的材料（如鋼筋混凝土、預應力混凝土、鋼等）來建造。

按行車道位置的不同，梁式橋也分為上承式橋和下承式橋。一般情況下，公路梁式橋橋面布置在主梁頂面，稱為上承式橋。橋面布置在主梁下緣時稱為下承式橋。

常用的梁式橋包括：鋼筋混凝土和預應力混凝土簡支梁（板）橋、鋼筋混凝土和預應力混凝土連續(xù)梁（板）橋、預應力混凝土連續(xù)剛構橋、鋼桁梁橋等。

圖7.19　梁式橋示意圖

按照結構受力體系不同，梁式橋又分為簡支梁橋、連續(xù)梁橋、懸臂梁橋、連續(xù)剛構橋等（見圖7.19）。

簡支梁橋主梁包括整體板梁，一般用于10 m以下；裝配式板梁，實心板一般在8 m以下，空心板在20 m以下；裝配式T梁（見圖7.20），一般用于25～50 m；箱梁橋等。

圖7.20　跨徑30 m預應力混凝土T梁標準圖（尺寸單位：cm）

連續(xù)梁橋包括先簡支后連續(xù)梁橋（先采用簡支梁方式進行架設，然后再在墩頂實施結構連續(xù)，一般用于20～50 m）；支架施工連續(xù)板梁或箱梁橋（鋼筋混凝土板梁一般在8 m以下，鋼筋混凝土箱梁不超過20 m，預應力混凝土箱梁在50～80 m）；懸臂施工箱梁橋（自墩頂開始采用掛籃現(xiàn)澆或預制拼裝逐段形成主梁，通常為預應力混凝土結構，跨徑在60～160 m）、頂推箱梁橋（在臺后固定位置澆筑主梁并不斷向前頂推形成主梁，跨徑一般不超過60 m）等。

連續(xù)剛構橋主要用于大跨徑預應力混凝土橋梁，采用自墩頂開始采用掛籃現(xiàn)澆或預制拼裝逐段形成主梁，跨徑在60～300 m，主梁斷面參見圖7.21。圖7.22為某連續(xù)剛構橋形成過程示意。

圖7.21　箱形梁橋橫截面示意

圖7.22　某連續(xù)剛構橋形成過程

7.5.2　拱式橋

拱式橋的主要承重結構是拱圈（圖7.23）。在豎向作用（恒載和活載等）下，拱的兩端支承處（拱腳處）除有豎向反力、彎矩（無鉸拱）外，還有水平推力（見圖7.23b），正是該水平推力的存在，顯著降低了豎向作用所引起的拱圈彎矩。因此，拱內以受壓為主，相對于同等跨徑梁橋，拱內彎矩要小得多，所以，抗壓能力強但抗拉能力弱的圬工材料（如磚、石、混凝土）和鋼筋混凝土可用于建造拱圈。

按照行車道處在拱結構立面位置的不同，拱橋分為上承式（圖7.23c）、中承式（圖7.23d）和下承式（圖7.23e）。

上承式拱橋的橋跨結構由主拱圈（肋）及其拱上建筑所構成。拱圈是拱橋的主要承重結構，承受橋上的全部荷載，并通過它把荷載傳遞給墩臺及基礎。行車道系與主拱圈之間需要有傳遞荷載的構件和填充物，這些主拱圈以上的行車道系和傳載結構或填充物稱為拱上建筑。拱上建筑可做成實腹式（見圖7.24）或空腹式（見圖7.25），相應稱為實腹式拱和空腹式拱。

圖7.23　拱式橋示意圖

根據(jù)主拱圈材料不同，拱橋結構包括圬工拱橋、鋼筋混凝土拱橋、鋼管混凝土拱橋和鋼拱橋。

圖7.24　實腹式拱橋
1—主拱圈；2—拱頂；3—拱腳；4—拱軸線；5—拱腹；6—拱背；7—起拱線；8—拱臺；9—拱臺基礎；10—錐坡；11—拱上建筑；l0—凈跨徑；l—計算跨徑；f0—凈矢高；f—計算矢高；f/l—矢跨比

圖7.25　空腹式拱橋構造

7.5.3　纜索承重橋

1）斜拉橋

斜拉橋又稱斜張橋（見圖7.26），由斜拉索、橋塔和主梁組成，斜拉橋利用高強鋼材制成的多根斜拉索將主梁托起，主梁的恒載和其他作用通過斜拉索傳至橋塔，再通過橋塔基礎傳至地基，由此，主梁猶如一根多點彈性支承的連續(xù)梁一樣工作，而且斜拉索拉力的水平分量又構成主梁的“免費”預壓應力，從而使主梁尺寸大大減小，結構自重顯著減輕，既節(jié)省了結構材料，又大幅度增大了橋梁的跨越能力。此外，斜拉橋的結構剛度要比懸索橋大，因此，在相同的荷載作用下，結構的變形小，而且抵抗風振的能力也比懸索橋好，這也是斜拉橋在可能達到的跨越能力情況下比懸索橋優(yōu)越的重要因素。

圖7.26　斜拉橋示意

斜拉橋跨徑布置應考慮全橋剛度、拉索疲勞強度、錨固墩承載能力等因素，現(xiàn)代斜拉橋最典型的跨徑布置形式為雙塔三跨式與獨塔雙跨式，也可以布置成獨塔單跨式、雙塔單跨式或無塔單跨式（一種非正統(tǒng)斜拉橋）及多塔多跨式，甚至是混合式。

斜拉橋主梁有混凝土梁、鋼箱（桁）梁、鋼混結合梁、鋼混混合梁之分。圖7.27所示為斜拉橋扁平鋼箱主梁截面。

圖7.27　南京長江二橋扁平多室鋼箱梁（單位：mm）

2）懸索橋

懸索橋又稱吊橋，是最古老的橋梁形式之一，通常由索塔、錨碇、主纜、吊桿及加勁梁組成（見圖7.28）。

圖7.28　懸索橋示意

傳統(tǒng)的懸索橋均用懸掛在兩邊索塔上的強大纜索作為主要承重結構，加勁梁自重及其他作用通過吊桿使纜索承受拉力，因此，懸索橋也是具有水平反力（拉力）的結構，需要在兩岸橋臺后方設置巨大的錨碇結構?，F(xiàn)代懸索橋廣泛采用高強度鋼絲編制的主纜，借助鋼材優(yōu)異的抗拉性能，跨越其他橋型無與倫比的特大跨度。

根據(jù)體系不同，懸索橋有地錨式（外錨式）和自錨式之分。地錨式（外錨式）懸索橋主纜拉力依靠錨固體傳遞給地基，是懸索橋的傳統(tǒng)結構體系，技術發(fā)展相當成熟，已經(jīng)形成了美國式、英國式、日本式等幾個流派。自錨式懸索橋主纜拉力水平分力直接傳遞給加勁梁（軸向壓力）承受，豎直分力（較?。┯啥酥c承受。布置如圖7.29所示。

圖7.29　主跨385 m的自錨式懸索橋（美國舊金山）

懸索橋加勁梁結構型式有：鋼梁（鋼板梁、鋼桁梁、鋼箱梁）、混凝土箱梁、鋼混結合梁等。圖7.30所示為懸索橋扁平鋼箱加勁梁斷面示意。

圖7.30　懸索橋扁平鋼箱加勁梁斷面（單位：cm）

7.5.4　剛架橋

剛架橋（見圖7.31）是梁（或板）和立柱（或豎墻）固結形成的一種剛架結構。由于兩者是剛性連接，在豎向荷載作用下，在柱腳具有水平反力（見圖7.31b），梁部除彎矩外還有軸力，其受力狀態(tài)介于梁橋與拱橋之間。因此，對于同樣的跨徑，在相同荷載作用下，剛架橋的正彎矩要比一般梁橋的小。因此，剛架橋的建筑高度可以做得小些，適用于需要較大橋下凈空和建筑高度受到限制的情況（如立交橋，跨線橋等）。

圖7.31　剛架橋

7.5.5　組合體系橋

根據(jù)結構的受力特點，由上述不同體系組合而成的橋梁稱為組合體系橋。如梁拱組合橋、斜拉橋與剛構組合橋、斜拉橋與懸索橋組合橋（吊拉組合橋）等。

重慶菜園壩長江大橋是國內首座特大公路、城市軌道兩用拱橋。上層橋面設六線汽車行車道加雙側人行道，城—A級荷載，下層橋面為跨座式單軌交通。

圖7.32　重慶菜園壩長江大橋總體布置

重慶菜園壩長江大橋首創(chuàng)組合式剛構-系桿拱拱式橋梁結構體系（見圖7.32）。為了提高結構的整體效率，重慶菜園壩長江大橋主橋在三個層面上使用了“組合”技術，即：在材料上，將混凝土與鋼組合以提高材料使用效率；在直接承受活載的梁體設計中將正交異性橋面板與桁架鋼梁組合以提高梁體承載效率；在主體承載結構設計中將預應力混凝土“Y”形剛構與提籃鋼箱系桿拱組合以提高主體結構跨越能力。

重慶菜園壩長江大橋堅持效率是美的設計理念，采用三大關鍵技術，即：材料與結構組合技術，組合式桁架鋼梁大節(jié)段設計、制造、運輸、吊裝技術以及分離式系桿-主動控制技術，創(chuàng)造性設計了組合式公軌兩用剛構-系桿拱特大橋梁體系，為同類橋梁提供了新的結構體系。圖7.33所示為鋼桁架梁（系桿）吊裝過程，圖7.34所示為夜幕中的菜園壩長江大橋。

圖7.33　鋼桁架梁（系桿）纜索吊裝

圖7.34　重慶菜園壩長江大橋夜景

7.5.6　橋梁下部結構

1）橋墩

（1）梁橋橋墩

梁橋橋墩分為重力式橋墩和輕型橋墩兩種。重力式橋墩由墩帽和墩身組成，主要靠自身的質量平衡外荷載，墩身自重大、穩(wěn)定性好，一般用于地基條件好，承載能力大的橋位或流冰、漂流物較多的河道中，通常為實體結構，高度超過50 m時多采用空心結構，如圖7.35所示。

圖7.35　拱橋重力式橋墩

梁橋輕型橋墩有柱式橋墩（見圖7.36）、鋼筋混凝土薄壁橋墩等。柱式橋墩由分離的兩根或多根柱與墩帽組成，或由樁、柱和蓋梁組成。柱式墩外形美觀，質量較輕，施工方便，普遍用于中小跨徑橋梁。同時，為確保橋墩穩(wěn)定性，柱式橋墩適用高度一般不超過50 m，且應按規(guī)范要求設置柱間橫系梁。鋼筋混凝土薄壁橋墩包括單薄壁和雙薄壁兩種。單薄壁適用高度較小的橋梁，雙薄壁主要用于對橋梁抗推剛度有限制的連續(xù)剛構橋。

圖7.36　梁橋柱式橋墩

（2）拱橋橋墩

拱橋是一種推力結構，除了垂直力以外，拱圈傳給橋墩上的力還有水平推力、彎矩，這是與梁橋最大的不同之處。從抵御恒載水平力的能力來看，拱橋橋墩又可分為普通墩和單向推力墩兩種。普通墩除了承受相鄰兩跨結構傳來的垂直反力外，一般不承受恒載水平推力，或者當相鄰兩孔跨徑不相同時只承受經(jīng)過相互抵消后尚余的不平衡推力。單向推力墩又稱制動墩，它的主要作用是在它的一側橋孔因某種原因遭到毀壞時，能承受相鄰孔的恒載水平推力，以保證相鄰孔拱圈不致傾塌。而且當施工時為了拱架的多次周轉，或者當纜索吊裝設備的工作跨度受到限制時，為了能按橋臺與某墩之間或者按某兩個橋墩之間作為一個施工階段進行分段施工，也要設置能承受部分恒載單向推力的制動墩。

2）橋臺

橋臺（見圖7.37）有重力式橋臺、輕型橋臺和組合式橋臺之分。

圖7.37　橋臺

重力式橋臺也稱實體式橋臺，它主要靠自重來平衡臺后的土壓力。橋臺臺身可采用塊石、片石混凝土或混凝土等砌（澆）筑。

輕型橋臺一般用于梁橋。梁橋輕型橋臺包括埋置式橋臺、設有支撐梁的輕型橋臺、鋼筋混凝土薄壁橋臺等。常用形式為埋置式橋臺。

組合橋臺本身主要承受橋跨結構傳來的豎向力和水平力，臺后的土壓力則由其他結構來承受。包括錨碇式、過梁和框架組合式、橋臺和擋土墻組合式及后座式等。

3）基礎

基礎是橋梁建設中最關鍵的部位之一，其形式的選擇涉及地質條件、水文情況、結構受力、施工設備以及工期、造價、施工安全與橋梁安全，必須高度重視（詳見本書第4章）。

7.6　橋梁施工方法

橋梁施工分為橋梁基礎施工、橋梁墩臺施工、橋梁上部結構施工幾部分。圖7.38示出了橋梁施工主要方法。

圖7.38　橋梁施工方法

7.7　重慶長江大橋復線橋工程簡介

1）建設背景

重慶長江大橋建于1980年，是重慶主城區(qū)南北大通道的關鍵工程。橋梁采用8跨帶掛孔的預應力混凝土T型剛構橋，跨徑組合為86.5 m+ 4×138 m+ 156 m+ 174 m+ 104.5 m，4車道。其中主跨174 m，至今仍為世界同類橋梁之冠，如圖7.39所示。

隨著交通量的迅猛增長，重慶長江大橋已不能滿足需要，需要建設重慶長江大橋復線橋。

圖7.39　重慶長江大橋

2）建設方案

（1）橋梁建設原則

橋面標高與既有橋梁一致，橋梁外形與既有橋梁協(xié)調，通航條件滿足長江通航要求。

（2）橋型選擇與結構體系設計

按照上述橋梁建設原則，復線橋橋面標高與既有橋梁一致容易得到滿足。從長江通航要求來看，橋梁主跨需不小于300 m。對于300 m以上跨徑的橋梁，梁式橋不是首選，首選的是斜拉橋、懸索橋以及拱橋，然而橋梁外形與既有橋梁協(xié)調的要求使得斜拉橋、懸索橋以及拱橋都不符合要求。經(jīng)過研究，最終決定采用梁式橋。

為滿足橋梁外形與既有橋梁在外形上協(xié)調的要求，復線橋需采用梁式橋，且其墩位須與既有橋梁一一對應；為滿足300 m以上橋下通航孔徑要求，復線橋必須取消與既有橋梁6號墩對應的水中墩，其跨徑為既有橋梁主航道的156 m和174 m兩跨之和，因此，復線橋總體上應是主跨330 m的梁式橋。如此大跨徑梁橋是世界橋梁建設的一個新挑戰(zhàn)。

主跨330 m的梁式橋，當采用鋼箱梁結構時，所需超厚板鋼結構加工制造存在困難，造價也高，其性價比不如混凝土橋高；當采用混凝土箱梁結構時，其自重效應大，跨越能力超過極限，混凝土收縮徐變導致的后期下?lián)想y以控制，即使采用進口集料輕質混凝土，其彈性模量、收縮徐變等材性難以滿足超大跨徑結構要求，且費用高。通過綜合的技術經(jīng)濟比較，決定采用鋼與混凝土混合連續(xù)剛構體系橋梁（屬于世界同類橋梁建設的重大創(chuàng)新）。

基于以上原因，通過比選采用的方案為：7跨鋼-混凝土混合連續(xù)剛構與連續(xù)梁組合體系橋，橋跨布置為86.5 m+ 2×138 m（連續(xù)梁）2×+ 138 m+ 330 m+ 104.5 m（連續(xù)剛構），全長1 101 m。跨徑布置在與既有橋梁基本一致的情況下，大幅度地增加了主通航孔的跨度，完全滿足通航要求。其中1號、2號橋墩墩頂設置活動支座，其余橋墩與主梁固接，如圖7.40所示。

圖7.40　重慶長江大橋復線橋總體布置

3）結構設計

重慶長江大橋復線橋上部結構主跨箱梁分別由預應力混凝土箱梁和鋼箱梁組成，其余為預應力混凝土箱梁，均采用單箱斷面。主跨箱梁墩頂梁高16 m，跨中梁高4.5 m，呈二次拋物線變化。箱梁底板寬9m，雙側對稱懸臂5m，頂板全寬19m。其中，主跨由南、北兩側各111m三向全預應力混凝土懸臂和中央108 m鋼箱梁混合而成，其余各跨均采用三向全預應力混凝土結構。

橋梁橫向布置為0.5 m（防撞欄桿）+ 15.5 m（行車道）+ 2.7 m（人行道）+ 0.3 m（欄桿），全寬19.0 m，設1.5%雙向橫坡，橫坡由梁體頂板形成。

下部結構1～4號橋墩為4.6 m（縱）×9 m（橫）的矩形空心橋墩，5、7號橋墩為雙壁實體鋼筋混凝土橋墩，墩梁固接。基礎為樁基礎。

4）橋梁施工

重慶長江大橋復線橋1，2，3，5，7號T梁采用懸臂澆筑法施工，澆筑節(jié)段長按質量控制在3～5.5 m不等，采用后支點三角掛籃作節(jié)段混凝土澆筑承載架（見圖7.41）。4號T梁采用支架施工。5、7號墩間混凝土箱與鋼箱之間的結合段依靠三角掛籃提升到位。中央鋼箱部分（1 400 t）采用工廠預制，通過整體浮運至橋位，借助連續(xù)作用液壓千斤頂整體提升法安裝見（見圖7.42）。建成后的重慶長江大橋復線橋如圖7.43所示。

圖7.41　混凝土箱梁掛籃懸臂施工（尺寸單位：cm）

圖7.42　中央鋼箱梁吊裝并即將合龍

圖7.43　建成的重慶長江大橋復線橋

思考討論題

1.橋梁的起源與發(fā)展歷程？

2.橋梁在道路交通與城市建設中的地位與作用？

3.橋梁組成與分類？

4.橋梁主要有哪些形式？各自的結構體系與構造特點是什么？

5.簡述橋梁的主要施工方法。