桁架梁橋

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桁架梁橋是用桁架作為主要承重結構的梁式橋,簡稱桁梁橋。桁梁橋一般是由兩片主桁架和縱向聯結系及橫向聯結系組成空間結構。

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正文

桁架作為主要承重結構的梁式橋,簡稱桁梁橋。
桁梁橋早期曾採用木桁架,但因木材易腐朽,強度低,跨越能力不大,現在已不大使用。近代的桁梁橋以鋼結構最多,近20年來預應力混凝土桁梁橋也有所發展,鋼筋混凝土桁梁橋因拉桿易產生裂縫,故甚少修建。
構造 桁梁橋一般是由兩片主桁架和縱向聯結系及橫向聯結系組成空間結構(見橋樑)。
鋼桁梁橋的桿件由型鋼和鋼板組成,截面一般有槽形、工字形和箱形,常用鉚接或焊接成型。鉚接桿件早期多使用綴板和綴條,現在以型鋼和整板為主。焊接桿件絕大部分用鋼板。小跨度桁架梁中有的部分採用型鋼(扁鋼、角鋼)做桿件。桁架桿件的交會點稱為節點。把交會的桿件以節點板連線而成桁架。其連線方式又有鉚接、螺栓或高強度螺栓栓接、焊接等方式(見鋼結構連線),早期還有樞接,現已不採用。在軍用結構中有的還採用銷接。理論上,全焊桁梁橋是最經濟的,但較大跨度的桁架,不可能在工廠全部焊成整體,而工地條件難於保證焊接質量,故多在工廠焊接桿件和其他部件,在工地用高強度螺栓連線,建成栓焊梁橋。普通螺栓的連線多用於臨時性桁梁橋。
預應力混凝土桁架梁橋,則以預應力混凝土受拉(或拉壓,)桿件和鋼筋混凝土受壓桿件組合而成(見預應力混凝土橋)。
類型 按主要承重桁架形式分類 ① 單柱式桁梁橋(圖1a)。主桁架是最簡單的桁架,僅有兩個三角形,因腹桿只有中間一根豎桿,故也稱帝柱式桁架。

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② 雙柱式桁梁橋(圖1b)。主桁架腹桿有兩根豎桿,又稱後柱式桁架。因中間部分為幾何可變形的長方形,其上弦應是剛性梁。
③ 三角形桁梁橋(圖1c)。主桁架為1846年英國人J.沃倫所提出,是典型的較簡單的桁架。如腹桿和弦桿成60°角, 便是由等邊三角形組成的桁架(圖1d);因其桿件傳力路線簡捷,桿件的材料用量較省,至今仍大量採用。在基本三角形桁架中,若節間長度較長,可派生出各種再分節間的三角形桁架(圖1e、f、g)。
④ 斜壓腹桿桁梁橋(圖1h)。當滿跨受載時,主桁架豎桿受拉,斜桿受壓,在早期鐵、木組合結構中,豎桿用鐵,斜桿、弦桿用木。近代預應力混凝土結構中,僅豎桿預加應力,錨頭布置比較簡單。
⑤ 斜拉腹桿桁梁橋(圖1i)。主桁架豎桿受壓,斜桿受拉,這樣,壓桿長度比拉桿小;用於鋼桁梁時,可因壓桿長度較短而節省鋼材。
⑥ 交叉腹桿桁梁橋。主桁架腹桿交叉布置,將它們設計成受壓桿件者,稱豪氏桁架(圖1j)。也可設計成交叉腹桿受拉,讓豎桿受壓(圖1k)。
⑦ 菱形桁梁橋(圖1l、m)。主桁架由兩組三角形桁架腹桿錯開重疊布置而得。此桁架中雖有幾何可變的菱形圖形,其整體仍是幾何不變形的結構。1873年首次套用圖1l式的超靜定桁架。1890年有圖1m的靜定式桁架。此桁架每節間的斜桿成雙,每一斜桿承受一半的剪力,截面尺寸較小。在歐洲採用此式較多;中國在武漢、南京、枝城等地的長江公鐵兩用橋均為此形式。
⑧ 多腹桿桁梁橋(圖1n)。主桁架有多組錯開重疊的三角形腹桿,故其腹桿截面尺寸小。早期腹桿用木板,後來用鋼板加豎向加勁,也有用型鋼的。
⑨ K形桁梁橋(圖1)。1830年首次套用,其斜桿折成K形,當桁架較高,節間較小時,可使斜桿與豎桿間的夾角不致過小。
⑩ 空腹桁梁橋(圖1p)。主桁架不用斜桿,節點均為剛性,所有桿件同時受軸向力和彎矩,曲弦較平行弦的彎距為小。焊接鋼橋初期,此式在比利時曾盛行一時,但由於母材和焊接工藝不良,在布魯塞爾的阿爾貝特運河上曾有三座這種形式的橋樑脆斷毀壞。現在空腹桁梁橋僅在小跨或活載不大處使用。
按桁梁的結構體系分類 ①簡支桁梁橋。橋的桁架以孔為單元,各有兩個支點,是最簡單的靜定桁梁橋,最早為平行弦。18世紀70年代,美國C.H.帕克採用曲弦,使弦桿布置和彎矩圖形較為相近,桿件截面比較均勻,用料較為經濟。但桿件長短不一,節點比較複雜,增加了製造與安裝的困難。1829年法國工程師設計了上下弦均為曲弦的桁架,也稱魚腹式桁架。1917年建成的美國伊利諾州梅特羅波利斯(Metropolis)單孔219米鋼橋,為當前最長跨的鐵路桁梁橋。1974年建成的美國賓州切斯特鋼懸臂桁梁橋的懸孔為250米,是當前公路橋的最長跨簡支桁梁。
② 懸臂桁梁橋。以錨孔、懸臂和簡支掛孔(或稱懸孔)所組成的桁梁橋。早期的懸臂桁梁橋的桁梁外形,有時也儘可能隨彎矩圖形變化,如1890年建成的英國福斯灣鐵路橋(見彩圖),1918年建成的加拿大魁北克橋。近代的懸臂樑橋外形比較和順,如1974年日本建成的港大橋,為雙層共8車道公路栓焊桁梁橋,分跨為255+510+235米。

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③ 連續桁梁橋。多孔連續桁梁橋比簡支的經濟,比懸臂的剛度大,在採用懸臂架設及防止因破壞落梁方面有其優點,但對基礎不均勻沉陷反應敏感,故在地基比較差的連續梁橋需要設定調整支座高低的設施。目前,世界上最大跨度的連續桁梁橋為1966年建成的美國阿斯托里亞(Astoria)橋,跨度為376米。中國最大跨度的連續桁梁橋為跨度160米的南京長江橋(見彩圖),是一座鉚接連續桁梁橋;而山東省北鎮黃河公路橋(1972年,4×122米)和京山(北京-山海關)鐵路雙線永定新河橋(1980年,3×144米),均為連續栓焊桁梁橋。

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④ 威氏桁梁橋(圖2)。1930年美國E.M.威克特所創始。在連續桁梁的中間墩上抽去豎桿,形成菱形四鉸結構,雖多孔連續,仍為穩定結構。此種橋式兼有連續和懸臂桁梁橋的優點,但鉸的構造較為複雜。

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參考書目
 T.F.Peters,The Development of Lonɡ-span BridɡeBuildinɡ,EIH,Zurich,1980.
 唐寰澄:《橋》,中國鐵道出版社,北京,1981。

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