用梁或桁架梁作主要承重結構的橋樑。其上部結構在鉛垂向荷載作用下,支點隻產生豎向反力。梁式橋為橋樑的基本體系之一。製造和架設均甚方便,使用廣泛,在橋樑建築中佔有很大比例。

  類型 按上部結構的材料分 有木梁橋、石樑橋、鋼樑橋、鋼筋混凝土梁橋、預應力混凝土梁橋以及用鋼筋混凝土橋面板和鋼樑構成的結合梁橋等。木梁橋和石樑橋隻用於小橋;;鋼筋混凝土梁橋用於中、小橋;鋼梁橋和預應力混凝土梁橋可用於大、中橋。

  按主要承重結構的形式分 有實腹梁橋和桁架梁橋兩大類。實腹梁橋的截面積主要由彎矩決定,而彎矩大致與跨度的平方成正比(均佈荷載條件下),當跨度大時,梁的腹板上的平均法向應力頗小,不能使材料充分利用,所以跨度不宜做得太大;桁架梁橋的桿件承受軸向力,材料能充分利用,自重較輕,跨越能力大,多用於建造大跨度橋。但實腹梁橋構造簡單,制造與架設均較方便。由於這兩種梁式橋的受力性質不同,實腹梁橋以用於預應力混凝土橋為主,而桁架梁橋則多用於鋼橋。

  按上部結構的靜力體系分 主要有簡支梁橋,連續梁橋和懸臂梁橋。

  ① 簡支梁橋。主梁以孔為單元,兩端設有支座,是靜定結構,最大彎矩發生在跨中央,當跨度為l、承受均佈荷載為q時,其值為ql2/8(圖1a),支點彎矩為零,無助於跨中卸載,一般適用於中、小跨度。若遇地基不均勻沉降時,上部結構內力不受影響;若一孔遭破壞,鄰孔不受牽連。它可以分片(段)預先制造,分孔架設和修復。這種橋結構簡單,制造運輸和架設均甚簡便,因此各國多做成標準設計,以便於構件生產工藝工業化、施工機械化,贏得工期,提高質量,並降低造價(見橋梁標準設計)。

  簡支梁橋的支座,一端為固定支座,用以固定主梁位置,使橋端在平面內不得發生移動,但可豎向轉動;另一端為活動支座,用以保證主梁在荷載、溫度、混凝土收縮和徐變作用下能自由伸縮和轉動,以免梁內產生額外附加內力(見橋梁支座)。此外,公路橋在活動端的橋面處要求設置橋面伸縮縫,以保證行車平穩;鐵路鋼橋當溫度跨度超過100米(位於無縫線路上為60米)時,應設鋼軌伸縮調節器。

  簡支梁橋的缺點是鄰孔兩跨之間有異向轉角,影響行車平順。為此,現代公路橋多采用橋面連續的簡支梁橋來改善。此外,簡支梁橋的橋墩上需設置兩跨橋端的支座,體積增大,較連續梁橋和懸臂梁橋要多耗費一些材料,阻水面積也大一些。

  ② 連續梁橋。主梁若幹孔為一聯,在中間支點上連續通過,是超靜定結構,最大正彎矩發生在跨中附近,而最大負彎矩(絕對值)發生在支點截面上。由於支點負彎矩的存在。可使跨中正彎矩比同跨的簡支梁減少很多。以受均佈荷載的三等跨連續梁為例,邊孔最大正彎矩為3ql2/40,僅為簡支梁的60%(比較圖1a、b),且彎矩分佈也比較均勻。當跨度較大,恒載對總荷載的比值稍大時,采用連續梁可導致材料用量減少。連續梁橋更適合采用懸臂拼裝或懸臂灌築、縱向拖拉或頂推法施工(見混凝土橋架設、鋼橋架設)。由於它是超靜定結構,當一孔受到破壞時,鄰孔可給予支持而不墜落,對修復與加固有利,而且剛度較大,抗震性能也好。為使連續梁的平面位置得到固定,且能將縱向水平力傳給墩臺,每一聯必須設一固定支座,其餘為活動支座。現代公路橋為滿足高速平穩行車的要求,常采用多孔一聯,用以減少橋面伸縮縫的數目,而將伸縮量集中在梁的活動端,並設置完善的具有大變形量的伸縮縫裝置(見橋面伸縮縫)。中國湖北沙洋漢江公路橋全長792米,做成8孔一聯,分孔為62.4+6×111+62.4米,是目前中國聯長和跨長均較大的預應力混凝土連續梁橋。

  連續梁橋的缺點是,當地基發生差異沉降時,梁內要產生額外的附加內力,為此在設計中須考慮在支點處設置頂梁與調整支座標高的裝置。

  ③ 懸臂梁橋。在連續梁橋的彎矩圖中(圖1b)的零值彎矩點(反彎點)處設鉸,從構造設計上使此處彎矩為零(鉸隻能承受剪力而不能受彎矩),當設鉸的數目等於連續梁的超靜定次數時,這就將超靜定的連續梁橋變成靜定的懸臂梁橋。其內力不因地基不均勻沉陷而變,故可適用於地質不良的地區,但仍具有支點負彎矩卸載的優點(減小跨中的正彎矩)。人為設鉸能調整恒載內力沿跨長作有利的分佈,鉸的位置選在跨長0.2~0.3處(即l0=0.2~0.3l),設跨度及荷載均和簡支梁相同時,邊孔的最大正彎矩僅為ql2/12~ql2/14(比較圖1a、c),也比簡支梁小得多,這對恒載占主要比例的公路橋和大跨橋梁是有利的。

  懸臂梁橋的上部結構由錨固孔、懸臂和懸掛孔(簡稱掛孔)組成,懸掛孔支承在懸臂上,用鉸相聯。常采用單懸臂梁橋(圖2a)和雙懸臂梁橋(圖2b)兩種型式。前者由三跨構成,中跨較大以滿足通航(車)要求;後者可構成多跨的長大梁式橋。其中的錨固孔起平衡穩定作用,防止橋身繞懸臂的支點傾覆。在單懸臂梁橋中,如錨固孔過小而懸臂較長時,則邊孔的端支座將受到上拔力,此時需設置受拉力的支座或加平衡重,這往往要增加構造和施工的復雜性。懸臂梁橋也適合采用懸臂拼裝或懸臂灌築法施工。其缺點是錨固孔一旦破壞,將株連懸掛孔和懸臂的倒塌;結構剛度不如連續梁大,而且橋面伸縮縫多,不利於高速平穩行車。

  此外,尚有帶鉸的連續梁橋,以及類似於梁式橋受力的T形剛構橋(見預應力混凝土橋)。

  高跨比 主梁彎矩最大處的梁高h對計算跨度l的比值(h/l)稱高跨比,是梁式橋設計的一項重要技術經濟指標,對安全、經濟和適用有重大影響。為瞭構造簡單,施工方便,梁式橋的主梁(桁)常做成等高度的。但在大跨度橋梁中,從經濟考慮,梁高常隨設計內力而變化,因此在上承式橋中,可將下緣做成曲線型,下承式橋則將上緣做成曲線型。對於預應力混凝土連續梁橋,為瞭合理佈置鋼絲束,常須加大支點剛度(梁高)而調低跨中正彎矩。

  為瞭獲得最佳的彎矩分佈,在連續梁橋和懸臂梁橋中,常須做分跨比較,一般邊跨要比中跨小一些,但分跨規劃中又往往要受到地質、地形以及通航(車)要求等條件制約,必須綜合考慮決定。橋梁分跨確定後,梁高h取決於強度、剛度和使用條件。按強度要求,荷載產生的彎矩,要靠梁的內力矩來平衡,梁高必須滿足這一條件。如加大梁高,內力矩臂亦隨之增大,可使翼緣(弦桿)面積減小,但要增加腹板(腹桿)用料;如減小梁高,則反之。當滿足材料總用量為最少的要求下,可求得一“經濟高度”。但在鋼筋混凝土或預應力混凝土橋中,增大梁高可使鋼筋(絲)用量減少,而混凝土用量增加,須作具體分析。按剛度要求,須在不計沖擊力的活載(稱靜活載)作用下最大豎向撓度不得超過規范規定的容許值,以保證行車安全平順,由此可求得“最小高度”;近代趨向采用高強材料,其容許應力提高後,梁高往往由這一條件所控制。梁的剛度與活載q對恒載p的比值(q/p)有關,比值愈大,梁的高跨比也要求大一些,一般說來,小橋、鋼橋與鐵路橋的高跨比要做得大一些。梁式橋的恒載撓度因可通過設置上拱度來抵消,不作為控制剛度的因素。上拱度是按恒載加二分之一靜活載算得的撓度曲線反向設置,和橋面(軌頂)在活載作用下形成的撓度曲線恰呈反對稱,這樣可使上部結構的端部角變化為最小。梁的高跨比還受到使用條件的限制,例如橋下有通航(車)要求時,則須滿足橋下凈空的要求。設計時應綜合考慮。

  鋼連續梁橋的內力調整 連續梁橋的內力調整實質上是對恒載產生的內力進行調整,使得跨中與支點控制截面處的設計內力接近相等,從而能使構造簡單,制造方便,節省材料。例如:一聯三等跨鋼連續梁橋的設計彎矩圖(恒載加活載),其中間支點負彎矩的絕對值小於邊跨的跨中正彎矩值,為使這兩個控制截面的彎矩接近相等,就先對恒載的彎矩進行調整,使得跨中的正彎矩減小,支點的負彎矩絕對值加大(圖3a)。理論上的做法是在連續梁兩端支點處各施一個向下的力P,兩中間支點處各施一個向上的力P,使得沿梁各截面產生一個負彎矩(-M,圖3b),亦即相當於在三跨連續梁安裝就位後,要將兩端支點下降一個距離,而中間兩個支點的高程維持不變,這要影響橋面的縱坡而且施工麻煩。工程實踐中則是當三孔梁在工廠中制造時,即將端支點的計算下降量考慮在預設的上拱度中,使得鋼梁在恒載未作用前,兩個端支點就高於中間支點。當鋼梁安裝就位後,4個支點落到同一水平高程時,連續梁的內力調整也就隨之實現。

  

參考書目

 同濟大學等編:《橋梁工程》(上、中、下冊),人民交通出版社,北京,1980。

 H.Weidemann,Brükenbau,Werner-Verlag,Düsseldorf,1982.