梁桥 (Beam Bridge) 以受弯为主的
主梁作为
承重构件的
桥梁。主梁可以是实腹梁或桁架梁。实腹梁构造简单,制造、架设和维修均较方便,广泛用于中、小跨度桥梁,但在材料利用上不够经济。桁架梁的杆件承受轴向力,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梁。按照主梁的静力体系,分为
简支梁桥、
连续梁桥和
悬臂梁桥。
简介
以梁为主要承重构件的 桥,是我国最早出现的桥型,远在殷代即已创建。最原始的梁桥为独木桥,进而发展为并列几根竹、木而成。其后梁桥不断演进,在用材方面以石替代竹、木,在结构方面则逐步发展创新,出现了辅助吊杆梁桥、八字撑架梁桥和伸臂梁桥等结构形式,并由单孔梁桥发展到多孔梁桥。多孔梁桥的支承一般采用木柱、石柱或石墩,也有用铸铁柱的。由于梁桥构造比较简单,施工容易,尤以石梁桥材料耐久,维修省力,所以成为最普遍的桥型。现存的大型古代石梁桥都集中在福建沿海一带,特别是泉州地区。著名的有万安桥(俗称洛阳桥)、安平桥(俗称五里桥)等。这些桥梁大都建于宋元时期,主要是采用筏型基础,尖劈形桥墩,浮运巨大石梁等工艺建造而成的,有的桥梁还巧妙地利用海牡蛎的繁殖特性来加固桥基和桥墩。这些工艺技术,是桥梁建造史上的重大突破和创新,在世界建桥史上也属首创。
简支梁桥
上部结构由两端简单支承在墩台上的主要承重梁组成的桥梁。简支梁是静定结构,相邻各跨单独受力,结构受力比较单纯,不受支座变位等影响,适用于各种地质情况,构造也较简单,容易做成标准化、 装配化构件,制造、安装都较方便,是一种采用最广 泛的梁式桥。但简支梁的跨中弯矩将随跨径增大而急剧增大,因而大跨径时显得不经济。
特点:简支梁桥和板梁桥的构造简单,受力明确,与普通钢筋混凝土桥梁相比,由于采用预应力可避免板梁下缘出现拉应力,故截面小,重量轻,可使桥梁跨越能力增大。预应力简支梁的截面形状一般为等高度T型截面,还有一些工字型和槽形组合式截面,个别呈变高度鱼腹式截面。T形梁与微弯板结合可组成迭合梁。槽梁与板相组合则成箱形梁,其横向刚度较大,跨径可达30m以上。 板梁桥(板桥)横截面呈矩形,有实心板和空心板之分,适用于20m以下小跨径桥梁。
连续梁桥
上部结构由连续跨过三个以上支座的梁作为主 要承重结构的桥梁。这种桥在恒载作用下,由于支点 负弯矩的卸载作用,跨中最大正弯矩显著减小,因此 用在较大跨径时将较简支梁桥经济。连续梁在每个 墩台上只需设一个支座,桥墩宽度小,节省材料;而 且梁连续通过支座,接缝少,行车平顺,因此对高速 行车有利。但连续梁为
超静定结构,支座变位将引起 结构内力的变化,适用于地质良好的桥位处,可用钢 筋混凝土、预应力混凝土和钢材等建成。
连续梁桥结构体系具有变形小、结构刚度好、行车乎顺舒适、伸缩缝少、养护简单、抗震能力强等优点。
悬臂梁桥
上部结构由锚固孔、悬臂和悬挂孔组成,悬挂孔支承在悬臂上,用铰相联。有单
悬臂梁桥(三跨构成,中跨较大以满足通航要求)和双悬臂梁桥(可构成多跨的长大梁桥)。如陕西省咸阳
渭河桥(主跨174米,全长448米,1954年建成)为
钢筋混凝土悬臂梁桥。梁桥为桥梁的基本体系之一,使用广泛,在桥梁建筑中占有很大比例,其上部结构可以是木结构、钢结构、
钢筋混凝土结构、
预应力混凝土结构或
钢筋混凝土桥面板和钢梁的组合结构。
历史古桥
坐落在咸阳故城附近的
渭水三桥,在古代是很有名的。三桥包括中渭、东渭和
西渭桥,都是多跨木梁木柱桥。其中,中渭桥始建于战国秦昭王的时候,后来
秦始皇又作了改建和加固。这座桥全长约525米,宽约13.8米,接近
南京长江大桥汽车道宽度;它由750根木柱桩组成了67个桥墩,68个桥孔,平均每孔跨径为7.72米,中间桥孔跨径达九米;在木柱桩群上加盖顶横梁组成排架墩,再在排架上搁置大木梁,然后铺上木桥面,桥两侧设雕花栏杆。中间桥孔高而大,两边桥孔低而小,呈八字形,既能使高大楼船顺利通过,又可以迅速排除桥面雨水,防止腐朽。桥两端还竖立着华表、镇水妖石件、
石灯柱等,作示标、照明之用。到了汉朝,又重修了中渭桥,增建了东渭桥和西渭桥。
汉朝时的梁桥,已经比较普及了。山东省
沂南出土的汉墓画像石上,甚至已刻有石梁桥的图案。唐朝时期出现了不少名闻天下的石梁桥。据《
唐六典》说,天下著名的石梁桥有四座:河南洛阳的天津桥、永济桥和中桥,西安的灞桥。灞桥位于西安东北20里的灞水上,是一座石柱墩木梁桥。自汉朝建桥后,两千年间屡毁屡修,直到清朝道光十三年(公元1833年)花了九个月才建成了今天的多跨梁桥。桥长近400米,67孔,每孔净跨度六米左右,桥宽约七米。桥墩由六根石柱组成。六根石柱顶端盖上一根石梁,把它们合成一体,构成了桥梁史上最早的一种轻形墩,即今天所说的石排架墩。这座千百年来作为交通咽喉的古桥,今天已改造成为现代的公路桥。
到了
宋朝,人们战胜自然的能力提高了,又在福建泉州建成了我国第一座濒临海湾的大石梁桥万安桥,即
洛阳桥。这座桥桥长834米,宽七米,桥中间有岛,岛南七孔,岛北41孔,每孔跨度约11米。建桥之处正当入海口,水流湍急,当地又多地震台风,建桥工程相当艰巨。本书下一节对此将作专题介绍。洛阳桥建成后轰动一时,有“
天下第一桥”的美誉,因而在当地掀起了“造桥热”。这个时期福建新建的石梁石墩桥无论在长度、跨度、重量、建造速度、施工技术、桥型和
桥梁基础等方面都达到了新的水平,在中外建桥史上占有重要地位。突出的可以坐落在福建
晋江市的安平桥和位于
漳州市的虎渡桥为代表。安平桥总长811丈,
五华里多,362孔,为世界上少见的古长桥,被誉为“天下无桥长此桥”。虎渡桥最大的石梁长23.7米,宽1.7米,高1.9米,重达207吨,可谓世界上最重的石梁。
随着社会生产力的发展,梁桥的形式也在不断变化。例如在我国
江南水乡地区,人们常常把这种桥建造成中间孔高大、边孔低小的八字式或台阶式,两边桥头还砌有外观非常别致的几级台阶踏步,以便引人上桥。在绍兴至杭州的运河边还有一种与河流平行的
纤道桥。有些古石梁桥在桥下设闸或在桥上设渠道,使一桥多用。据史料记载,在甘肃与新疆交界地区古代被称作段国的地方,曾建有伸臂木梁桥。这种桥采用圆木或方木纵横相隔叠起,由岸边或桥墩上层层向河谷中心挑出,犹如古建筑中的层层斗拱。当地人称这种桥为“飞桥”,在南方木材较多的地区容易见到。有的桥上还有桥屋或桥廊,屋廊内有彩画、佛座仙像,桥景似花,所以称它为
花桥。逢年过节花桥又成了人们娱乐、赶集、赶庙会的场所。如广西三江程阳桥就是把功能与装饰有机结合在一起的著名花桥。此外,还有木撑架桥以及伸臂木梁与撑架相结合的梁桥等。
我国历史上最早记载的梁桥为钜桥,桥建于商代(公元前16~ 前11世纪)。周武王伐纣,克
商都朝歌(今河南省鹤壁淇县朝歌镇),发钜桥(今
浚县钜桥镇)头积粟,以赈济贫民。自周代以迄秦汗,中国多造石柱、木梁桥。
宋代建造为数众多的石墩、石梁桥。200多年间,仅泉州一地,见于古籍的桥梁就有110座,其中名桥10座。如安平桥,有362孔,桥长5里(2223米),故又名
五里桥(现桥长2100米),保持了700余年的桥长记录。桥始建于宋,绍兴八年(公元1138年),成于绍兴二十一年(公元1151年),历时13年。
又如
泉州万安桥,俗称洛阳桥,共有47孔,建于洛阳江入海口,桥总长约890米,桥宽3.7米。桥始建于宋·皇祐五年(公元1053年),完成于宋·嘉祐四年(公元1059年)。两桥均为国家重点文物单位。
福建
漳州江东桥的石梁最为巨大。该桥于宋.嘉熙元年(公元1237年)由木梁桥改为石梁桥,计有15孔,每孔三片石梁。石桥现存5孔,其中最大的石梁长23.7米,宽1.7米,高1.9米,重量达2000kN(千牛)(200吨)。这样巨大的石梁,在没有重型起重设备的古时,其采、运、安装等工作都是十分艰巨的。
不论木梁或石梁,为了加长桥跨,采用了多层并列梁,由下向上逐层外挑的方法,以支承中部的简支梁。在当时石梁称为叠涩;木梁称飞桥或称握桥,即为伸臂梁桥。木伸臂梁在公元4世纪时已有记载。石桥叠涩,出檐不远;木桥伸臂达到20米。现存清代重修的
甘肃文县阴平桥为单
孔木伸臂桥,桥跨达60余米,桥上建有桥屋。
木梁桥上一般建有桥屋或桥廊,
侗族风雨桥就是一种桥屋。广西三江侗族自治县的
程阳永济桥,是一座4孔5墩的木伸臂桥屋,全长644米,建于1916年,5座墩台上均有桥亭,用桥廊把桥亭相互贯通。桥亭起着重力平衡作用,把装饰与功能有机结合在一起。
特点及使用场合
1.因为悬臂梁能减小跨内主梁的高度,故自重较轻、材料省。而且跨中建筑高度小,桥墩处梁的高度大,故对通航净空有利。
2.由于内力分布与连续梁桥相似,中等跨径的悬臂梁桥其基本尺寸和材料用量亦与连续梁桥相似。在桥墩上的支座只有一排,故可使墩身宽度减小。
3.尤其在平原地区,多数为软土地基,河道要求通航跨径一般为40—50m,采用悬臂梁桥较经济合理。又因悬臂梁桥属静定体系,当基础沉降不均匀时,不会引起截面内力变化。
4.悬臂梁桥的悬臂端,在恒载、活载作用下,容易发生下挠,特别是采用高强预应力钢丝作为预应力材料的悬臂梁桥,其预应力钢丝松弛较大,对主梁提供的预应力下降,会造成悬臂端凹折,行车舒适性较差。
5.凡中孔跨径在30m以内,可采用钢筋混凝土悬臂梁桥,30~50m的,宜采用预应力混凝土悬臂梁桥;50~100mm时,宜采用拱梁组合体系的单悬臂+挂孔。在江苏省苏南地区已建成的中跨80m,利用传统的拱桥施工工艺,结合在岸边陆地现浇张拉上弦杆,最后采用
转体施工法一次成桥,无论在施工工艺及经济指标均具有竞争力,实践结果比同类跨径桥节省造价20%~25%。