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漫话桥梁工程
摘要：人类的文明历史已有几千年，而在这些绚丽的故事中，桥梁在其中扮演了不可缺少的角色。因为桥梁体现了一个时代的文明与进步，也从侧面反映了一个国家生产、经济与科学技术的发展程度。人类从倒下而横卧在溪流上的树干，衍生了建造桥梁的想法；从天然形成的石穹、石洞，从而发明了拱桥；受崖壁上爬满的郁郁葱葱的藤蔓启发，进而开创出索桥。这一切展示着桥梁美丽的进化史。而桥梁按照受力分析可分为梁式桥、拱式桥和悬索桥。下面我就此几种桥梁类型进行叙述。
关键词： 桥梁典例 梁式桥 拱桥 刚构桥 斜拉桥 悬索桥
1．引言：桥梁工程一词通常包含两层含义。一个就是指桥梁建筑的实体、另一个就是指建造桥梁所需的科学知识与技术。而桥梁在学科上属于土木工程分支，在功能上是交通工程的咽喉。简单地说桥梁就是供汽车，火车，行人等跨越障碍的（河流、山谷或其他路线等）的建筑工程物。从线路（公路或铁路）的角度来讲，桥梁就是线路在跨越上述障碍时的延伸部分或链接部分。桥梁一方面要保证桥上的交通运行，同时也要保证桥下水流的宣泄、船只的通航或车辆的通行。并且在国家大力发展交通运输事业，建立四通八达的现代化交通网络的今天，桥梁工程.在对于国民经济发展，促进文化交流，加强民族团结，缩小地区差别，巩固国防等诸多方面，都起到了积极的促进作用。可以看出，桥梁工程与人们的生活密不可分。而随着经济的发展、科技的进步和人们对生活水平的更高追求，桥梁也开始了自己的革新之路。
2.正文
2.1 桥梁之梁式桥梁式桥是古老的结构体系之一，其体系可分为实腹式与空腹式。前者桥体截面多为 T 形、工字形或箱形，而后者主要以拉杆、压杆、拉压杆或连接杆等等组成的桁架式的桥跨结构。我国历史上最早记载的梁桥为钜桥，建造于商代（公元前16 世纪公元前 11 世纪）。并且自周代起到秦汉，中国多造石柱、木梁桥。而宋代建造的就多数为石墩、石梁桥。非常有名的如保持了 700 余年桥长记录的五里桥、福建漳州世界最大石梁的江东桥（又名虎渡桥）。梁式桥是一种在竖向载荷作用下无水平反作用力的结构。由于外力的作用方向与梁式桥承重轴线接近垂直，与同样跨经的其他结构体系相比，梁桥内产生的弯矩最大，通常需要抗弯抗压能力强的材料建造。对于中、小跨经桥梁，公路上目前应用最广的就是标准跨径的钢筋混凝土简支桥梁。常用的简支梁结构简单，施工方便，对地基承载力的要求也不高，但是其跨度能力有限（50 米以下），所以梁桥中的悬臂梁与连续梁可以弥补简支梁的不足。二者通过利用增加梁中间的支撑从而减少了跨中跨矩，以致更为合理的分配了梁所受的内力、进而加大了梁的跨度。例如悬臂桥才用铰接或一简支跨（也称为挂孔）来连接其两个端头，利用这种方式，梁的受力明确，成为静定结构，并且其在建造时计算也很方便；但因其在受力时在连接处的变形不连续，导致在行车与桥面养护等方面产生了许多不利的影响，因此近几年悬臂桥不在被广泛的使用。而另一种连续梁因为利用了桥跨连续的特点，克服了悬臂梁的许多不足，成为了梁式桥中的宠儿，当今被广泛使用。
2.2 桥梁之拱桥拱桥，可以按照行车道处于主拱圈的位置不同，分为上承式拱、中承式拱与下承式拱。而拱桥的主要承重结构就是具有曲线外形的拱圈或拱肋（拱的造型可以是矩形、肋形、箱形或桁架等等）。中国的拱桥最早可以追溯
到宋代，就像人人皆知的《清明上河图》中的虹桥，就是宋代典型的木拱桥，此桥毁于金元之际，数百年来一直被认为是绝唱。而现在中国保存最为完好的就是隋代赵州安济桥（也成为赵州桥）桥面成拱形，栏槛望柱，雕刻着龙兽。安济桥的制作精良，结构独创，造型匀称，是世界公认的“国际历史土木工程里程碑”。拱结构在竖向载荷作用下，桥墩和桥台将承受水平推力，与此同时，根据作用力与反作用力的原理，桥台必须向拱圈提供一对水平反力，而这种反力将大大抵消在拱圈内由于载荷而引起的弯矩。因此与梁式桥相比，拱桥就有更大的使用优势。鉴于拱桥的受压结构主要以受压为主，所以就要才用抗压能力强的材料，如圬工材料或钢筋混凝土材料。拱桥的优点不仅在于跨越能力很大，并且而且外形酷似彩虹卧波，造型美观，所以一般跨经在 500m 一下，并且条件允许的情况下，修建拱桥都是一种经济合理的方案，跨径很大时，也可以建造钢拱桥。但必须注意的是，为了确保在拱桥使用时的安全，下部结构和地基必须可以承受起极大的水平推力作用。除此之外，拱桥与其他桥的不同在于，拱圈在合拢前自身是无法维持平衡的，因此拱桥在施工时的难度和危险性都非常的高。针对此种情况，对于跨度非常大的拱桥，可以建造钢桥或者钢—混凝土组合截面的拱桥，这样的话，其施工的难度和风险就会降低。当然也可以建筑由受拉系杆来承受水平推力的系杆拱桥，系杆的材料可以是钢筋或预应力混凝土。
2.3 桥梁之刚构桥刚构桥的主要承重结构是梁或板和立柱或竖墙整体在一起的钢架结构。我国的第一座长江大桥——武汉长江大桥，就是标志了我国的大跨度钢桥建造技术已经达到新的高度。更如我国顺利建成了举世瞩目的南京长江大桥，我国在水深流急、河床地质复杂的桥址上建成了这座大桥，可以看出我国的建造水平再创新高。而梁和柱的连接就可以具有极大的刚性，进而可以承担桥上的压力。钢构桥在竖向的压力之下，柱脚就会产生一个反作用力，由于其受力的情况介于梁桥与拱桥之间。而对于同样的跨径，在受到相同的压力的情况下，钢构桥的跨中正弯矩就要比一般的梁桥要小。因此，钢构桥的高度就可以得到缩减。对于现在的城市当中，对于建筑面积越来越少的情况来说，如果遇到线路立体交叉或需要跨越通航江河时，采取这种桥型能尽量降低线路的高度和改善纵坡，又可以减少成本。
钢架桥可分为门式刚构桥、斜脚式刚构桥和连续刚构桥。前者在温度变化时容易产生较大的附加内力，而后者的跨越能力要比门式刚架桥大很多，但是斜脚刚构桥的施工难度要比直脚的大很多，可以应用于跨越陡坡河岸、深谷和道路等障碍。连续刚架桥，属于多次超静定结构，为了让其自身在温度的影响下，自身的结构不会产生太大的变化，所以设计师会把连续刚构桥的桥墩设计的很柔，让其在竖直载荷下墩顶基本为竖直反力，对于很长的桥，为了降低这种内附加力，通常在两侧的一个或数个边跨上设置滑动支座，从而形成一种连续组合体系桥，由于连续钢构桥的受力方式与连续梁相似，因此大家也愿意把他归为梁桥，连续刚构桥也比较适合用于大跨高墩桥中。
2.4 桥梁之斜拉桥斜拉桥是由塔柱、主梁和斜拉索组成。斜拉桥的结构有三跨双塔式或独塔双跨式，具体的结构可以按河流、地形、美观等方面考虑，但常用的就是三跨双塔式。自20 世纪 50 年代公路斜拉桥问世以来，这种结构合理、形式丰富、跨度大、外观优美的桥梁异军突起、发展迅速。其受力特点为受拉的斜索将主梁多点吊起，并将主梁的恒载和其他的荷载通过斜索传递到塔柱，再经过塔柱传到地基，所以塔柱主要以受压为主。由于斜拉桥的斜索将主梁吊住，也使主梁变成多点弹性支撑连梁工作。也因为其承受斜拉索水平分力所施加的压力
作用，既发挥了高强材料的自身作用，减小了主梁截面、结构自重减小，让桥梁可以有了更大的跨越能力。另外，塔柱、拉索与主梁构成了三角形，使桥整体的刚度加大，抗风能力也要好很多。但是由于桥的跨度加大，施工时悬臂上的斜拉桥由于梁悬臂过长，压力承受过大，使风险加大。又因塔高过高，外索过长，索垂度的影响使桥在使用过程中的刚度也大幅下降。而悬索桥的形式是多种多样的。斜拉索的施工工艺有工厂预制与现场防护两种。由于后者的现场不确定因素较多，使拉索在使用几年后出现了不同程度的锈蚀现象，严重影响了桥梁的使用安全。而工厂预制，就是在钢丝束上包上一层高密度的聚乙烯外套进行保护。当然还可以用彩色的聚乙烯外套制成彩色索。使桥梁的外观更美丽。
2.5 桥梁之悬索桥悬索桥又称吊桥，主要由缆索、桥塔、锚锭、吊杆和加劲梁组成。是以悬挂在两边塔架上的强大缆索作为主要承重结构。而主缆采用高强度钢丝编制而成，充分发挥了其优异的抗拉性。并且由于这种结构自重较轻，使悬索桥的跨径能力在所有类型桥梁里是最大的，其经济跨径在 500m 以上。其另一大优点就是材料便于运输，受力明确，在建成以后就可以形成为一个强大而稳定的结构支撑系统。除此之外，在所有桥梁体系中，悬索桥的刚度最小，在车辆载荷作用下其会产生较大的变形。因为其有着诸多优点，悬索桥被更多人喜欢。就如已成为香港 20 世纪标志性建筑的香港青马大桥，在世界 171 项工程大赛中荣获“建筑业奥斯卡奖”。悬索桥在桥面系竖向载荷的作用下，通过吊杆使缆索承受了较大的拉力。悬索桥可分为两种形式，一种被称为地锚式悬索桥，缆索锚于悬索桥两端的锚锭结构中，为了承受巨大的缆索拉力，锚锭结构就要做的很大，或者依靠天然的完整岩体来承受巨大水平拉力。而另一种叫做自锚式悬索桥，即取消锚锭，而将缆索直接固定在加劲梁上，这时缆索水平分力由加劲梁承担，竖直分量由梁端配重平衡。
结语： 随着世界经济的发展，桥梁事业也必将迎来刚广阔的发展空间。桥梁工程在新纪元的梦想就是连接全世界。在了解了桥梁的几大种类与各自特点后，我们不仅要对已有的桥梁技术进行改进，更要在新桥梁的建设上，创造更完善的设计理论，注重桥梁与环境的和谐统一，改进各式桥梁缺点，不断探求新的技术思想，科技理念，通过大家的不断努力，让桥梁工程开创更加灿烂的辉煌。参考资料：
汪莲主编 桥梁工程 合肥工业大学出版社 2006
王丽荣主编 桥梁工程 中国建材工业出版社 2005
邵旭东主编 桥梁工程 人民交通出版社 2003
房贞政主编 桥梁工程 中国建材工业出版社 2004
陈宝春主编 桥梁工程 人民交通出版社 2008
刘夏平主编 桥梁工程 科学出版社 2005
白宝玉主编 桥梁工程 高等教育出版社 2005
