什么是梁式桥?

[拼音]：liangshiqiao

[外文]：girder bridge

用梁或桁架梁作主要承重结构的桥梁。其上部结构在铅垂向荷载作用下，支点只产生竖向反力。梁式桥为桥梁的基本体系之一。制造和架设均甚方便，使用广泛，在桥梁建筑中占有很大比例。

有木梁桥、石梁桥、钢梁桥、钢筋混凝土梁桥、预应力混凝土梁桥以及用钢筋混凝土桥面板和钢梁构成的结合梁桥等。木梁桥和石梁桥只用于小桥；钢筋混凝土梁桥用于中、小桥；钢梁桥和预应力混凝土梁桥可用于大、中桥。

有实腹梁桥和桁架梁桥两大类。实腹梁桥的截面积主要由弯矩决定，而弯矩大致与跨度的平方成正比（均布荷载条件下），当跨度大时，梁的腹板上的平均法向应力颇小，不能使材料充分利用，所以跨度不宜做得太大；桁架梁桥的杆件承受轴向力，材料能充分利用，自重较轻，跨越能力大，多用于建造大跨度桥。但实腹梁桥构造简单，制造与架设均较方便。由于这两种梁式桥的受力性质不同，实腹梁桥以用于预应力混凝土桥为主，而桁架梁桥则多用于钢桥。

主要有简支梁桥，连续梁桥和悬臂梁桥。

（1）简支梁桥。主梁以孔为单元，两端设有支座，是静定结构，最大弯矩发生在跨中央，当跨度为l、承受均布荷载为q时，其值为ql2/8(图1a)，支点弯矩为零，无助于跨中卸载，一般适用于中、小跨度。若遇地基不均匀沉降时，上部结构内力不受影响;若一孔遭破坏，邻孔不受牵连。它可以分片（段）预先制造，分孔架设和修复。这种桥结构简单，制造运输和架设均甚简便，因此各国多做成标准设计，以便于构件生产工艺工业化、施工机械化，赢得工期，提高质量，并降低造价（见桥梁标准设计）。

简支梁桥的支座，一端为固定支座，用以固定主梁位置，使桥端在平面内不得发生移动，但可竖向转动；另一端为活动支座，用以保证主梁在荷载、温度、混凝土收缩和徐变作用下能自由伸缩和转动，以免梁内产生额外附加内力（见桥梁支座）。此外，公路桥在活动端的桥面处要求设置桥面伸缩缝，以保证行车平稳；铁路钢桥当温度跨度超过 100米（位于无缝线路上为60米）时，应设钢轨伸缩调节器。

简支梁桥的缺点是邻孔两跨之间有异向转角，影响行车平顺。为此，现代公路桥多采用桥面连续的简支梁桥来改善。此外，简支梁桥的桥墩上需设置两跨桥端的支座，体积增大，较连续梁桥和悬臂梁桥要多耗费一些材料，阻水面积也大一些。

（2）连续梁桥。主梁若干孔为一联，在中间支点上连续通过，是超静定结构，最大正弯矩发生在跨中附近，而最大负弯矩（绝对值）发生在支点截面上。由于支点负弯矩的存在。可使跨中正弯矩比同跨的简支梁减少很多。以受均布荷载的三等跨连续梁为例，边孔最大正弯矩为3ql2/40，仅为简支梁的60％（比较图1a、b），且弯矩分布也比较均匀。当跨度较大，恒载对总荷载的比值稍大时，采用连续梁可导致材料用量减少。连续梁桥更适合采用悬臂拼装或悬臂灌筑、纵向拖拉或顶推法施工（见混凝土桥架设、钢桥架设）。由于它是超静定结构，当一孔受到破坏时，邻孔可给予支持而不坠落，对修复与加固有利，而且刚度较大，抗震性能也好。为使连续梁的平面位置得到固定，且能将纵向水平力传给墩台，每一联必须设一固定支座，其余为活动支座。现代公路桥为满足高速平稳行车的要求，常采用多孔一联，用以减少桥面伸缩缝的数目，而将伸缩量集中在梁的活动端，并设置完善的具有大变形量的伸缩缝装置（见桥面伸缩缝）。中国湖北沙洋汉江公路桥全长792米，做成8孔一联，分孔为62.4+6×111+62.4米，是目前中国联长和跨长均较大的预应力混凝土连续梁桥。

连续梁桥的缺点是，当地基发生差异沉降时，梁内要产生额外的附加内力，为此在设计中须考虑在支点处设置顶梁与调整支座标高的装置。

（3）悬臂梁桥。在连续梁桥的弯矩图中(图1b)的零值弯矩点(反弯点)处设铰，从构造设计上使此处弯矩为零(铰只能承受剪力而不能受弯矩)，当设铰的数目等于连续梁的超静定次数时，这就将超静定的连续梁桥变成静定的悬臂梁桥。其内力不因地基不均匀沉陷而变，故可适用于地质不良的地区，但仍具有支点负弯矩卸载的优点(减小跨中的正弯矩)。人为设铰能调整恒载内力沿跨长作有利的分布，铰的位置选在跨长0.2～0.3处(即l0＝0.2～0.3l)，设跨度及荷载均和简支梁相同时，边孔的最大正弯矩仅为ql2/12～ql2/14（比较图1a、c），也比简支梁小得多，这对恒载占主要比例的公路桥和大跨桥梁是有利的。

悬臂梁桥的上部结构由锚固孔、悬臂和悬挂孔（简称挂孔）组成，悬挂孔支承在悬臂上，用铰相联。常采用单悬臂梁桥（图2a）和双悬臂梁桥（图2b）两种型式。前者由三跨构成，中跨较大以满足通航(车)要求；后者可构成多跨的长大梁式桥。其中的锚固孔起平衡稳定作用，防止桥身绕悬臂的支点倾覆。在单悬臂梁桥中，如锚固孔过小而悬臂较长时，则边孔的端支座将受到上拔力，此时需设置受拉力的支座或加平衡重，这往往要增加构造和施工的复杂性。悬臂梁桥也适合采用悬臂拼装或悬臂灌筑法施工。其缺点是锚固孔一旦破坏，将株连悬挂孔和悬臂的倒塌；结构刚度不如连续梁大，而且桥面伸缩缝多，不利于高速平稳行车。

此外，尚有带铰的连续梁桥，以及类似于梁式桥受力的T形刚构桥（见预应力混凝土桥）。

主梁弯矩最大处的梁高h 对计算跨度l 的比值 (h/l)称高跨比，是梁式桥设计的一项重要技术经济指标，对安全、经济和适用有重大影响。为了构造简单，施工方便，梁式桥的主梁（桁）常做成等高度的。但在大跨度桥梁中，从经济考虑，梁高常随设计内力而变化，因此在上承式桥中，可将下缘做成曲线型，下承式桥则将上缘做成曲线型。对于预应力混凝土连续梁桥，为了合理布置钢丝束，常须加大支点刚度（梁高）而调低跨中正弯矩。

为了获得最佳的弯矩分布，在连续梁桥和悬臂梁桥中，常须做分跨比较，一般边跨要比中跨小一些，但分跨规划中又往往要受到地质、地形以及通航（车）要求等条件制约，必须综合考虑决定。桥梁分跨确定后，梁高h取决于强度、刚度和使用条件。按强度要求，荷载产生的弯矩，要靠梁的内力矩来平衡，梁高必须满足这一条件。如加大梁高，内力矩臂亦随之增大，可使翼缘（弦杆）面积减小，但要增加腹板（腹杆）用料；如减小梁高，则反之。当满足材料总用量为最少的要求下，可求得一“经济高度”。但在钢筋混凝土或预应力混凝土桥中，增大梁高可使钢筋（丝）用量减少，而混凝土用量增加，须作具体分析。按刚度要求，须在不计冲击力的活载（称静活载）作用下最大竖向挠度不得超过规范规定的容许值，以保证行车安全平顺，由此可求得“最小高度”；近代趋向采用高强材料，其容许应力提高后，梁高往往由这一条件所控制。梁的刚度与活载q对恒载p的比值（q/p）有关，比值愈大，梁的高跨比也要求大一些，一般说来，小桥、钢桥与铁路桥的高跨比要做得大一些。梁式桥的恒载挠度因可通过设置上拱度来抵消，不作为控制刚度的因素。上拱度是按恒载加二分之一静活载算得的挠度曲线反向设置，和桥面（轨顶）在活载作用下形成的挠度曲线恰呈反对称，这样可使上部结构的端部角变化为最小。梁的高跨比还受到使用条件的限制，例如桥下有通航（车）要求时，则须满足桥下净空的要求。设计时应综合考虑。

连续梁桥的内力调整实质上是对恒载产生的内力进行调整，使得跨中与支点控制截面处的设计内力接近相等，从而能使构造简单，制造方便，节省材料。例如：一联三等跨钢连续梁桥的设计弯矩图（恒载加活载），其中间支点负弯矩的绝对值小于边跨的跨中正弯矩值，为使这两个控制截面的弯矩接近相等，就先对恒载的弯矩进行调整，使得跨中的正弯矩减小，支点的负弯矩绝对值加大（图3a）。理论上的做法是在连续梁两端支点处各施一个向下的力P，两中间支点处各施一个向上的力P，使得沿梁各截面产生一个负弯矩（-M，图3b），亦即相当于在三跨连续梁安装就位后，要将两端支点下降一个距离，而中间两个支点的高程维持不变，这要影响桥面的纵坡而且施工麻烦。工程实践中则是当三孔梁在工厂中制造时，即将端支点的计算下降量考虑在预设的上拱度中，使得钢梁在恒载未作用前，两个端支点就高于中间支点。当钢梁安装就位后，4个支点落到同一水平高程时，连续梁的内力调整也就随之实现。

参考书目

同济大学等编：《桥梁工程》(上、中、下册)，人民交通出版社，北京，1980。H.Weidemann，Brükenbau，Werner-Verlag，Düsseldorf，1982.