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【提要】以桥跨体系主要承重构件的受力状态为标准，以拉、压、弯的全组合为顺序，将桥式分为15类； 进而又研究了桥跨结构主要承重构件的横截面形式、桥梁支承体系及特殊细部构造的各种形式；给出了常用桥式的经济跨度范围及施工方法；以桥式最优设计理论为准绳，对15类桥式进行了重新评价。本文是《桥式最优设计理论研究》的姊妹篇。 关键词】桥式 分类 评价 1 引言 笔者对桥式之兴趣如同建筑师对建筑造型之兴趣一样，已十几年有余。期间陆续发表了一些相关论文，主要有《超大跨桥式全索桥》、《宁通公路泰州引江河大桥方案设计构思》及《桥式最优设计理论研究》等，而本文堪称后者的姊妹篇 。 桥梁作为一跨越结构，其造型千姿百态，这主要受其跨度、材料、荷载及施工方法四大因素的影响，当然也包括人的意识形态或者说是审美趋向的影响。只是一些杰出的桥梁工程师，他们利用自己对工程结构的深刻理解，大胆、执着、创造性地设计出许多伟大的桥梁（式），如林同炎设计的反吊桥、曲线斜拉桥、展翅梁桥及预应力钢桥等。对桥式进行科学的分类、评价，并寻找新的桥式，是桥式最优设计理论在实践中的运用。本文便是在前二者方面努力的结果。 2 桥式分类与受力状态 桥式是指桥的结构体系、横截面形式及特征性构造。而桥梁结构体系常可分为跨越体系和支承体系。支承体系常为压弯状态（锚碇等受拉），而跨越体系受力状态多样，形式丰富，因此，一般来说，跨越体系在桥式中占有重要的地位。于是，桥式分类宜以桥跨体系的受力状态为标准，更确切地讲，应以桥跨体系主要承重构件的受力状态为标准划分桥式类型。 众所周知，结构的受力状态从本质上讲，只有拉和压这两种互为相反的状态；而受弯是拉与压的组合。跨越体系的受力状态可以是受拉、受压或受弯，而单纯受扭或受剪的结构是不能充当跨越结构的。 与桥跨体系受拉、受压或受弯的受力状态相对应的桥式分别为索桥系、拱桥系和梁桥系，这便是基本的3种桥式。事实上 ，这是一种笼统的分法，若仔细划分，则可按桥跨体系受力状态是拉、压或弯的全组合共计分为15种桥式，见表1。
序号 桥式名称 桥跨体系受力状态 附注 1 梁桥 弯 包括简支梁桥、连续梁桥、悬臂梁桥、框架及连续刚构等 2 拱桥（上承式、拱轴线接近压力线） 压 拱有无铰拱、双铰拱及三铰拱之分 3 全索桥[4] 拉 4 刚性梁柔性拱桥 弯压 5 拱桥（拱轴线距压力线较远） 压弯 6 密吊杆悬索桥 拉弯 有单跨、双跨、三跨及多跨之分。加劲梁有简支与连续之分。索型有垂帘型及斜拉悬吊混合型、索网等 7 稀吊杆悬索桥 弯拉 较少采用 8 桁架梁桥 拉压 有简支、连续、悬臂之分，桁架有空腹式、单柱式、双柱式、三角形、等边三角形、三角形再分节间、斜压腹杆式、斜拉腹杆式、交叉腹杆式、菱形、K形、多腹杆式 9 中承式有推力拱桥 压拉 10 密索斜拉桥、反向悬索桥 拉压弯 斜拉桥索形有辐射形、竖琴形及扇形，加劲梁有连续、悬臂、刚构之分 11 稀索斜拉桥、板式斜拉桥 拉弯压 12 刚性拱柔性梁桥 压拉弯 13 刚性梁刚性拱桥、刚架拱桥 压弯拉 14 梁与桁架组合体系桥（下承式） 弯拉压 15 梁与桁架组合体系桥（上承式） 弯压拉
对桥式进行分类，将我们从繁杂的桥式中解救了出来，使我们清楚地看到各种桥式的本质、变化与联系。 3 桥跨体系主要承重构件的横截面形式分类 桥跨主要承重构件分为拱（压）、索（拉）及梁（弯），其横截面形式见表2。 表2 桥跨体系主要承重构件横截面形式分类 结构 横截面形式 拱 拱圈：板、桁架、双曲拱 肋拱：矩形、箱形、桁架、圆形、哑铃形、管束等 拱面：单拱面、双垂直拱面、双倾斜拱面及多拱面 索 吊（斜拉）索：圆形 大缆：圆形，其丝股排列方式有：两边平放的正六边形、对角线竖直的正六边形及缺角的正方形 索面：单索面、双垂直索面、双倾斜索面及多索面 梁 实体板、空心板、矩形、方形、I形、I形组合梁、T形、双T形、倒T形、箱形、流线外型的箱型、桁架、箱形与桁架的组合，钢管网架、索带、三角形式、双边主梁式、双三角边箱梁式、槽形梁、流线形薄板、纵横梁（格子梁）
预应力混凝土受弯构件横截面形式的选择详见[2]。至于斜拉桥或悬索桥的加劲梁截面形式，则其空间动力性能的优劣成为决定性的因素，尤其是大跨桥。 4 支承体系分类 支承体系包括桥墩、桥台、基础、索塔、地锚等，其形式见表3。对于基础形式而言，桩基用得非常普遍。大跨桥梁也常用沉井等搁置式基础形式或地下连续墙形式。墩台身的施工多采用原位搭设支架、立模现浇施工而成；对于高墩，常采用滑模施工。
表3 支承体系分类 受力状态 部位 形式 拉 锚碇 重力式、隧道式 设置抗拉支座的墩台 同下 压弯 桥台 带翼墙：U形、耳墙式等 不带翼墙：T形、埋置式等 桥墩 重力式：横截面形式有圆形、圆端形、尖端形、圆角形等 轻型：门形、X形、Y形、V形、薄壁墩（单壁或双壁）、空心高墩、单柱式、双柱式、多柱式、桩式等。 索塔 顺桥向：柱形、A形、Y形等，有单塔、双塔及多塔之分 横桥向：双柱形、门形、斜门型、倒V形、倒Y形、菱形、独柱形、框架 索塔与桥墩的连接 固结、分离与铰接 基础 明挖基础、桩基础、沉井基础、沉箱基础、管柱基础、地下连续墙、复合型基础。 5 特征性构造分类 桥式还包含了特征性构造。每一桥式的特征性构造各有各的不同，它可以是桥梁结构中任一部分的特殊构造。特征性构造虽是局部的处理，但它常对改善结构行为起着良好的作用。特征性构造可分为受力构造、抗风构造、抗震构造等。现归纳典型的特征性构造见表4。
表4 桥梁常见的特征性构造分类 序号 特征性构造 1 简支梁桥桥面连续 2 桥梁横向设挡块或其他弹性限位装置 3 简支梁桥设抗震橡胶缓冲装置 4 连续梁（桁架）桥于中间支承处加高梁（桁）高 5 桥跨设置端横梁（桁架）和中横梁（桁架） 6 连续刚构采用双薄壁墩 7 梁与桁架组合体系中梁与桁架上弦或下弦合二为一 8 拱脚内设竖向或横向预应力筋 9 “飞鸟式”中承式拱桥设通长的预应力水平筋，以平衡拱脚水平推力 10 斜拉桥边跨设辅助墩 11 斜拉桥边跨端设牛腿搁置过渡孔梁 12 斜拉桥主塔拉索锚固区设置预应力筋 13 三跨铰接悬索桥于铰处设特制的抗风过渡梁段 14 悬索桥跨中设中央扣 15 悬索桥在桥塔和加劲梁之间增设斜拉索，在加劲梁和地基之间设下拉索或在加劲梁平面内设抗风索。
若将表1～表4进行有机的结合，则可产生数目可观，式样繁多的桥型，供桥梁建设选用。 6 桥式的经济跨度范围 探讨每种桥式的经济跨度范围是桥式研究的重要内容之一。一种桥式，有其适用的跨度范围；同样，一定的跨度，有适合它的桥式可供选择。然而，每种桥式的经济跨度范围是模糊的，并且受诸多因素影响，如材料、荷载、工程条件、施工方法等。荷载对跨度的影响常表现为：荷载越小跨度就越大，如同一桥式，公路桥就比铁路桥经济跨度大些，而材料对跨度的影响常表现为：同一桥式采用比强度高的材料其经济跨度范围就大。现就目前常用桥式给出其粗略的经济跨度范围，见表5。 表5 常用桥式经济跨度范围 序号 桥式 经济跨度范围（m） 1 简支梁 5～50 2 连续梁 25～200 3 连续刚构 100～300 4 简支桁架 50～150 5 连续桁架 100～400 6 拱桥 45～500 7 斜拉桥 100～600 8 悬索桥 500～3000 9 全索桥 2000～8000 桥式的经济跨度随着人们的认识水平、科学技术的发展而变化，尤以材料工程为最。例如CFRP索，其比强度、比刚度均很高，抗腐蚀、抗疲劳性能均很好，且轴向热膨胀系数很小，这五者同时具备，足可见其性能优越：较高的比强度能够大大增加所设计结构的跨径，较高的比模量及较低的轴向热膨胀系数能够增加预拉力值并很好地适应车辆运行，良好的抗疲劳性及抗腐蚀性使结构具有耐久性且经济。
7 桥式与施工方法 桥式与上部结构的施工方法相关联，而桥梁上部结构的施工方法主要有： ①预制装配法，包括导梁法、跨墩龙门吊法、架桥机法及浮运吊装法等，简支梁桥多采用此法； ②造桥机法，跨越江河或深谷的大跨简支梁或中等跨度连续梁桥多采用此法； ③支架法，包括满布支架法及移动支架法等，一般情况下桥高不大的旱桥等多采用此法； ④悬臂施工法，包括悬臂拼装法与悬臂浇灌法等，连续梁、连续刚构、斜拉桥多采用此法； ⑤转体施工法，包括平转与竖转，拱桥多采用此法； ⑥空中缆索吊法，拱桥多采用此法； ⑦顶推法，中等跨度连续梁桥多采用此法。 8 桥式评价 ①15类桥式均能满足桥梁功能的要求； ②所有桥式在主要受力面内能够满足几何不变性，但在横向，索桥表现为一软化结构，尤其是悬索桥； ③梁桥一般不存在失稳问题，而拱桥存在失稳问题，索桥存在动力失稳问题； ④拱桥与索桥传力路径简捷，应力较均匀，适宜大跨桥梁，但梁桥传力不简捷，应力不均匀，不适宜较大的跨度； ⑤盖梁不宜采用较大的跨度，以便传力简捷； ⑥墩身与基础应顺接，以便传力平顺； ⑦斜拉桥有一显著的缺点：水平加劲梁承受轴向压力，跨度越大，距塔根越近，压力就越大。这是斜拉桥跨度至今未超越千米大关的主要原因。 ⑧跨度超过两千米后，悬索桥横向刚度变小成为控制因素。如何有效提高悬索桥横向刚度的问题成为探索新桥式的突破口。 ⑨梁桥/斜拉桥看上去连续流畅、纤细轻快，一般适宜于平原区修建，拱桥/悬索桥看上去亲切、委婉，一般适宜于山区修建； ⑩悬索桥/斜拉桥气势磅礴，醒目惹眼，常常会成为旅游景点，起到扮演主角的作用。
若将桥梁建筑学分为四部分的话，那么，本文与《桥式最优设计理论研究》便是其中的两部分，而其余两部分应该是桥梁孔跨布置及结构尺寸拟定，留待笔者以后研究。 |
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