帶你看橋樑——梁式橋

2019-10-12     galio319

改革開放讓我國橋樑建設事業得到飛速發展,我國的梁式橋的建設也取得了巨大的成就,世界跨徑第一的梁式橋為重慶石板坡長江複線橋,位於我國重慶,主跨為330m

從南濱路上眺望重慶石板坡長江大橋

在世界梁橋跨徑排名中,有10座位於我國,由此可見我國梁橋的發展確實取得了顯著的成就

梁式橋也簡稱梁橋,梁式橋的範疇是指橋樑在垂直荷載作用下,支承處僅產生豎向反力而無水平推力的結構體系,即在垂直荷載作用下截面上產生彎矩和剪力

不同種類的橋

梁橋

梁橋的承重構件是梁,其基本受力特徵以承受彎矩為主,梁的抗彎能力很大程度上取決於材料的強度、截面尺寸與形狀,特別是梁的高度,梁橋按承重結構的靜力體系可分三類

簡支梁橋是靜定結構,結構內力不受地基變形等的影響,因而能適用於在地基較差的橋位上建橋;

懸臂樑橋一般為靜定結構,可在地基較差的條件下使用,在多孔橋中,墩上均只需設置一個支座,減少了橋墩尺寸,也節省了基礎工程的材料用量;

連續梁可以做成二跨或三跨一聯的,也可以做成多跨一聯的,一般每聯由3~5跨組成 ,連續梁中間墩上也只需設置一個支座,而在相鄰兩聯連續梁的橋墩上仍需設置兩個支座 ;

連續剛構橋是預應力混凝土梁式橋型之一,它綜合了連續梁橋和T型剛構橋的受力特點,將主梁做成連續梁體與薄壁橋墩固結而成,由於連續剛構橋除保持了連續梁橋的優點,墩梁固接節省了大型支座的昂貴費用,減少了墩及基礎的工程量,同時改善了結構在水平荷載(例如地震荷載)作用下的受力性能,即各柔性墩按剛度比分配水平力

簡支梁橋和連續梁橋

其中提到的預應力混凝土梁式橋是在二戰前後發展起來的,當時西歐很多國家在戰後缺鋼的情況下,為節省鋼材,各國開始競相採用預應力結構代替部分的鋼結構以修復戰爭帶來的創傷

今天,我們就來說說這梁式橋(後面我們會陸續說到懸索橋和開合橋)

大自然是人類最好的老師

毫無疑問,大自然是人類最好的老師,史前人類也明白這個道理,他們會通過模仿自然來建造橋樑

因為他們發現安全快速的通過一條小溪靠一棵倒在小溪上的樹就可以完成,於是他們開始把樹幹或石板放在他想要穿過小溪的地方

當他們想要在一條更寬的小溪上架橋時,他想出了如何在水中堆積石頭,並在這些柱子和河岸之間鋪設木樑或石樑。

歷史上關於第一座橋的描述是由希羅多德(Herodotus)在公元前484年記錄的,它由石柱支撐的木材組成,坐落在幼發拉底河上

希羅多德(Herodotus)

羅馬人建造的梁式橋跟他們建造的石拱橋和混凝土拱橋一樣出名,已知最早的羅馬梁式橋建於公元前620年,橫跨Tiber River(台伯河 ,又稱特韋雷河,是僅次于波河和阿迪傑河的義大利第三長河),因為它是由木樑(sublicae)製成,所以被稱為pons sublicius

pons sublicius遺址圖

羅馬橋樑建造技術包括在建造立柱時使用圍堰,具體操作是通過將系列圓形排列的木桿打入預定柱子位置周圍的地面,然後在木圈裡襯上粘土使其防水後再把水從裡面抽出來,接著他們就可以為柱基澆注混凝土了

正在建橋的羅馬人

1717年,法國工程師休伯特·高蒂爾(hubert gautier)撰寫了一篇關於橋樑建設的論文,開始了從藝術到科學的轉變

hubert gautier的草稿

hubert gautier的草稿

1847年,一位名叫斯奎爾·惠普爾(Squire Whipple)的美國人寫了一本關於橋樑建築的著作,其中包含了計算橋樑應力應變的第一種分析方法

「橋樑工程諮詢」成立於19世紀80年代,是土木工程專業的一個分支

而我們談到梁橋施工的時候,其進展離不開建築材料的改進

橋樑建築材料的發展

大多數公路梁橋都是用混凝土和鋼材建造的,前面我們提到的羅馬人建造的橋樑,他們也在橋樑建造過程中中使用了石灰和火山灰(一種紅色的火山粉)製成的混凝土

這種材料的特點是即使在水下也能很快凝固,而且堅固防水,結實可靠,在中世紀的歐洲,使用的材料則是被石灰砂漿代替,但它是水溶性的

使用廣泛的波特蘭水泥,一種石灰石和粘土的特殊混合物,是1824年由一位名叫約瑟夫·阿斯普丁的英國泥水匠發明的,直到20世紀初,它才被廣泛用作地基材料

混凝土抗壓能力較強但是抗拉能力沒有那麼強,所以在19世紀,歐洲和美國曾多次試圖通過在混凝土中嵌入抗張力強的鐵來加強混凝土

1880年代,弗朗索瓦·亨內比克(francois hennebique)在法國開發了一種更好的材料來增加混凝土的抗拉強度,那就是鋼筋

在美國,鋼筋混凝土在橋樑中的第一個重要用途是在舊金山金門公園的阿爾沃德湖大橋(Alvord Lake Bridge)上,該橋於1889年完工,至今仍在使用,它是用設計師歐內斯特L.蘭索姆設計的扭曲鋼筋建造的

阿爾沃德湖大橋

混凝土施工的下一個重大進展是預應力的發展,混凝土梁的預應力是通過拉動穿過梁的鋼筋,然後將鋼筋的端部錨固到梁的端部,這樣將對混凝土施加壓力,抵消施加在樑上的荷載時施加在樑上的張力(壓在水平樑上的重物傾向於使梁在中間向下彎曲,沿梁頂部產生壓力,沿梁底部產生拉力)

預應力可以應用於在工廠預製、運至施工現場並由起重機吊運到位的混凝土梁,也可以應用於在梁的最終位置澆築的現澆混凝土,可在混凝土澆筑前對鋼筋施加張力,或者可以在混凝土硬化後,在含有無張力鋼管的周圍澆築混凝土

梁式橋的設計製造

每座橋在建造前必須單獨設計,而且需要同時考慮到許多因素,包括當地地形、水流、河流結冰可能性、大氣環流、風、地震可能性、土壤條件、預計交通量、美學和成本限制等

此外,必須保證橋樑結構的合理性,這包括分析作用在完工橋樑各構件上的力,有三種類型的荷載會產生這些力

永久載荷,也就是恆載是指在設計使用周期內其值不隨時間變化,或其變化與平均值相比可忽略不計的荷載,作用在橋樑上部結構的恆載主要是結構物的重力及附屬設備等外加重力,作用在墩台的恆載主要是上部結構的恆載支座作用力、墩台本身重力、土壓力及其引起的土側壓力

恆載

活載是指橋樑將承載的交通重量,環境荷載指的是其他外力,如風、可能的地震作用以及與橋樑支座可能發生的交通碰撞等,這三種載荷都需考慮進去

由於每座橋樑都是針對特定地點和功能進行獨特設計的,因此建造過程也因橋樑而異,這裡我們介紹一座建在跨越河流的橋樑建造過程

首先在河床各柱位周圍設置圍堰,從圍擋內抽水,另外一種形式是鑽穿河床,直到基岩,當螺旋鑽把土從豎井中帶上來時,一種粘土泥漿被泵入鑽孔,以代替土壤,防止豎井坍塌

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達到適當的深度(約24.4 m)後,將圓柱形的鋼筋籠放入泥漿填充井(2 m),混凝土被泵送到豎井的底部,隨著豎井被混凝土填滿,泥漿被擠出豎井頂部並被收集和清理,以便可以重複使用,每根柱子的地上部分既可以成形和現澆,也可以預製和吊裝到位並附著在基礎上

橋台準備在橋頭所在的河岸上,在堤頂和河床之間形成混凝土牆並澆注,這是橋頭泥土的擋土牆,接著在牆頂部形成一個供橋端支撐的壁架,也可能需要翼牆,沿著河岸從牆向外延伸以便為橋頭引道保留填充物

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橋樑放置在墩台上,通過將帽梁垂直於橋的方向放置以支撐橋樑上部結構,同時將全部載荷轉移到下部結構,在其他設計中,橋樑可能位於不同的支撐配置上,例如全橋矩形橋墩或單個T形柱

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起重機用於將鋼樑或預應力混凝土梁放置在正確的位置,接著大梁固定在柱頭上,在樑上鋪設鋼板或預製混凝土板,形成堅實的平台,完成橋樑上部結構,之後還要完成防水層施工,接著在防潮層上建造鋼筋網格,該網格隨後將被包裹在混凝土板中

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混凝土路面澆築完畢,20.32-30.5厘米的混凝土路面厚度適合高速公路,如果將現澆模板用作上部結構平台,則將混凝土澆築到模板中

如果不使用模板,則可以使用滑模攤鋪機攤鋪混凝土,該攤鋪機可在一次連續操作中攤鋪、加固和平滑混凝土

在任何一種情況下,通過手動或機械方式用刷子或粗麻布等粗糙材料劃傷表面以在新澆混凝土板上鋪設防滑紋理,同時大約每5米設置一個橫向接縫,以防止路面開裂,這些接縫可以在澆築混凝土前添加到模板中,也可以在滑模板硬化後切割

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最後

有了橋,我們才有跨越的底氣

有了橋,我們才有邁向更遠的可能

這橋,可萬萬不能塌

文章來源: https://twgreatdaily.com/74MEx20BMH2_cNUgUb5W.html