正文
實腹梁橋的外形簡潔,製造和架設方便,建造費用較省,特別適用於修建上承式橋,橋面設在主梁之上可參與受力,並能使旅客遊目騁懷,是一種受歡迎的橋型。第二次世界大戰後,由於高強度材料、焊接技術、輕型鋼橋面板、預應力混凝土工藝、機械化安裝先進施工方法等的發展和推廣,以及空間計算理論和電算技術的不斷完善,使實腹梁橋得到廣泛的套用,從中、小跨度的人行橋、公路橋、鐵路橋,直到300米左右的公路橋,都可用這種橋型。類型 按使用材料可分為:
①木、石實腹梁橋。因其材料性能的局限,只能建造小橋(見木橋、石橋)。
②鋼筋混凝土實腹梁橋。是1900年前後興起的新結構,法國在1939年曾建成主跨度達78米的老維勒訥沃-聖喬治箱形梁橋,是現今最大跨度的鋼筋混凝土實腹梁橋。中國1960年首次在山東濟寧建成薄壁箱形連續梁橋,分跨為37.1+53+37.1米,1964年建成主跨為55米的南寧邕江薄壁箱形懸臂樑橋。由於鋼筋混凝土梁橋易出現裂縫,以及自重較大等原因,只適於中、小跨度。目前,中國主要用於跨度在20米以下的公路橋,及16米以下的鐵路橋。
③預應力混凝土實腹梁橋。是第二次世界大戰後新興起的橋樑(見預應力混凝土橋),其最大跨度已達270米(巴拉圭1978年建成的巴拉圭河橋)。
④鋼實腹梁橋。用實腹鋼板作腹壁的鋼橋,分鋼板梁橋和鋼箱形梁橋兩種。一般說來,中、小跨度的鋼實腹梁橋已為鋼筋混凝土或預應力混凝土梁橋所代替,但由於鋼材的優越性能,以及製造、架設迅速的特點,現仍在大跨橋樑中起著重大作用。鋼實腹梁橋的最大跨度已達300米,為1974年建成的巴西瓜納巴拉灣橋。
⑤結合梁橋。也稱組合梁橋。用鋼筋混凝土橋面板和鋼樑(或實腹梁或桁架梁)結合而成整體的橋樑,是20世紀40年代興起的新型橋樑。其設計思想是讓鋼筋混凝土橋面板參與主梁共同受力,使鋼樑承壓的上翼緣截面賴以減小,從而節省鋼材,並提高梁的剛度。
構造 ①板梁式橋。中小跨度的鋼筋混凝土及預應力混凝土梁的主梁多採用矩形、∏形或T形截面(見橋樑標準設計)。鋼橋的主梁多採用型鋼、鋼板鉚接或焊接成工字形截面的鋼板梁橋。單線鐵路上承式鋼板梁橋由兩片主梁與縱、橫聯結系組成;下承式鋼板梁橋則由兩片主梁與縱、橫樑、隅加勁及底面縱向聯結系構成。公路橋的橋面寬,且無定軌,一般多採用多片主梁(鋼筋混凝土,預應力混凝土或鋼樑)並列,再用數片橫隔梁(或橫向聯結系)連成整體,形成格子狀結構,橋面板設於其上,形成格子梁橋(圖1a)。這種橋的製造、架設都很方便,而且作用在橋面上某處的荷載,將由主梁和橫隔梁的空間作用傳及整個橋跨結構,可以減輕直接承載的主梁的負擔。大跨度的公路鋼橋為了經濟,一般用兩片主梁,橋面上的荷載依次通過縱、橫樑傳給主梁,這種結構稱雙主梁橋(圖1b)。 ②箱形梁橋。由頂板(橋面)、底板與腹板構成整體封閉式的箱形截面的梁式橋。簡稱箱梁橋。箱形截面具有強大的抗扭能力,能使結構整體受力,應力較為均勻,可顯著地節省材料,也減輕了結構的自重,此外還可較好地承受正負彎矩,在採用卓有成效的懸臂拼裝或澆築法施工時,箱形梁的橫向穩定性也較好。因此,廣泛用以建造大跨度預應力混凝土箱形梁橋和鋼箱形梁橋。如採用正交異性鋼板作為鋼箱形梁的頂板(橋面板)及底板,可更進一步減輕自重,極大程度地提高跨越能力。如聯邦德國1972年建成的摩澤爾橋(見彩圖),為鋼箱連續梁,分跨為157+218+170+146+134+110米,橋面寬30.5米,取單箱單室截面,箱寬僅10.8米,因此橋墩頂帽橫向尺寸只12.8米。該橋使用正交異性鋼橋面板箱形梁,不僅跨越能力大,在橋墩高度超過124米的情況下,也大幅度地減小橋墩尺寸,節省圬工數量。 正交異性鋼橋面板是在厚度不大(10~16毫米)的鋼板下面,每隔300~600毫米沿橋軸方向先焊上縱肋,再在垂直於縱肋方向每隔1400~1600毫米焊上橫肋,在和縱肋相接處,互相焊牢(圖2)。這樣組成的鋼板,在兩個互相垂直的方向具有不同的抗彎剛度,故名正交異性板。在面板上鋪防水層和50~100毫米厚的瀝青鋪裝層,便形成輕型的鋼橋面板。其縱肋可用扁鋼、角鋼或 T形鋼和面板組成開口截面。或採用剛度較大的U形、V形鋼和面板組成的抗扭能力更大的閉合截面,這種橋面板重量很輕,約為90~150公斤/米2。 正交異性鋼橋面板在承受局部荷載時,車輪荷載通過鋪裝層依次通過縱、橫肋傳給主梁(實際上起到縱、橫樑作用)。從上部結構整體看,面板和縱肋又是箱形主梁截面的組成部分,形成一個整體承重結構。
正交異性鋼橋面板和鋼板梁組成∏形板梁橋,也可收到很好的效益。如1956年南斯拉夫貝爾格勒建成的薩瓦一號橋,為分跨75+261+75米的連續梁橋。
③結合梁橋。為保證鋼筋混凝土橋面板和鋼樑共同受力,應在兩者的接觸面上設定可靠的聯結裝置,稱為抗剪器,用以阻止橋面板和鋼樑之間的水平錯動。抗剪器系採用圓鋼、型鋼(角鋼、槽鋼等)或環形鋼筋焊接在鋼樑的上翼緣頂面而成(見鋼和混凝土組合結構)。
結合梁橋的應力調整 結合梁橋受正彎矩部分的鋼筋混凝土板,在未與鋼樑形成整體前不能受力,只能在結合成整體後才能承受以後的恆載(公路橋中的橋面鋪裝、欄桿等的重量,鐵路橋中的道碴、枕木、鋼軌及其扣件等的重量,也稱第二部分恆載)和活載;同樣,在懸臂樑橋和連續梁橋受負彎矩部分的鋼筋混凝土板,也不能直接利用它承受拉力。因此,需要對結合梁橋進行應力調整,即在施工時採取措施,人為地改善結構的受力狀態,以達到節約材料,提高使用質量。
應力調整的方法很多,在簡支梁橋中,最簡單的方法是在落地式腳手架上施工,待混凝土達到設計強度後拆去腳手架,即可保證全部恆載傳到結合截面上;或在跨中設定一個臨時支架,上設千斤頂,在混凝土未灌筑前,用千斤頂將鋼樑頂起,這相當於對鋼樑人為地加上了一個負彎矩,此時鋼樑上部受拉、下部受壓;當灌築好混凝土板後拆除支架和千斤頂,這無異於對結合梁加上一個和原來方向相反的正彎矩,這就有可能使鋼筋混凝土板在受力的第一階段就負擔了恆載,並可使鋼樑受力得到改善。
對於懸臂樑或連續梁的結合梁橋,為了避免負彎矩(-M)區域鋼筋混凝土板上邊受拉,並改善鋼樑的受力狀態,也可採用應力調整的方法來實現。圖3為連續結合梁橋應力調整的一種方法:在荷載作用下,樑上有兩種不同受力區段,一是鋼筋混凝土板受拉區段Ⅰ,一是受壓區段Ⅱ(圖3a)。施工時,在Ⅱ段下設臨時支架,先在支架上用千斤頂將鋼樑上頂,再澆Ⅱ段混凝土板(圖3b);待混凝土固結後,拆除臨時支架和千斤頂,再將兩端支點下降Δ後,澆Ⅰ段混凝土板(圖3c);全部結合梁形成後,再將兩端支點向上頂回Δ達到設計標高(圖3d)。這樣在Ⅰ區段的鋼筋混凝土板即儲存了很大預壓應力,可有效地防止使用時拉裂。