1、引言

橋梁是一種雜亂的受力構造，現在現已能夠使用有限元軟件對各種雜亂的橋梁構造進行具體的力學分析，但與此同時，橋梁構造最根本的力學概念往往會被疏忽，有些學生把所學的橋梁專業知識與力學概念脫節，然后約束了其整體判斷力和立異思想。這篇文章從根本的力學視角來看待橋梁構造，將其力學特征用最簡單、最基礎的方法進行描述。

2、橋梁結構體系分類

從功能上可把橋梁上部構造分為直接接受活載的橋面系和接受首要恆、活載的承重構造兩個有些。而承重構造的首要方式有以受彎為主的梁和以受軸力為主的拱和索，因此從工程視點看，橋梁根本承重構造系統就有梁橋、拱橋和索橋三類。但從力學特性上看，懸索倒過來即是拱，一個受拉一個受壓，反之亦然（見圖1）。二者能夠看作是一類構造,姑且稱之為拱/索。所以，僅從力學視點看，就只有兩類根本的橋梁承重構造：梁和拱/索，其他的橋梁構造方式都能夠看作這兩類的擴展或組合。

圖1 懸索與拱

3、一般梁橋

通常的梁式橋其橋面系和承重構造是合二而一的。跟著大家對橋梁跨過才能的更大需要，關于梁式橋而言，就要提高梁的跨過才能，要設法下降梁的彎曲應力，有兩個途徑可以到達此種作用，一是添加橋墩構成接連梁橋或接連剛構，一是加大截面抗彎剛度。從受力角度看，在相同的截面尺寸、資料和所受彎矩情況下，接連梁的跨度可以比簡支梁大許多。加大截面抗彎剛度最jia的辦法是加大截面高度，而在加大截面高度的一起，把梁中性軸鄰近的資料減少則有助于減輕構造自重，于是就呈現了工字截面、箱形截面、桁架等方式的梁。1890年建成的英國福斯橋即是一座典型的懸臂桁梁帶掛孔的橋梁，最da桁高110米，跨度到達521米(圖2)。

圖2 英國福斯橋

4、梁橋擴展—斜拉橋和板拉橋

斜拉橋能夠看作是梁橋的拓展類型，如圖3a所示，斜拉索為主梁供給了中心支承，一起其水平分力還供給了軸向壓力，相當于預應力，然后提高了梁的跨過才能，或者說減小了梁內的彎曲應力。對于矮塔斜拉橋(圖3b)，斜拉索的效果更像體外預應力束，橋塔的效果更像體外預應力束的支承構造（圖3c）。

圖3 斜拉橋

板拉橋（圖4）可看作是剛性斜拉索的矮塔斜拉橋，也可以看作是一個剛性節點的桁架，或者一個變截面空腹式桁梁。

圖4 板拉橋

5、懸索橋和拱橋

由于懸索和拱以接受軸力為主，比以受彎為主的梁具有更大的跨過才能。懸索能夠采用高強鋼絲資料，且因受拉而不會失穩，因此跨過才能比受壓為主的拱更大。當把橋面系通過吊桿或許立柱支承在懸索或許拱上時，就構成了懸索橋和拱橋（圖5）。當上述拱橋的立柱間距為零時，就變成了實腹拱，當然此時立柱材料是填土或圬工砌體。

圖5 懸索橋與拱橋

懸索橋的主纜是其首要承重結構，因為它是抗彎剛度很小的柔性的纜索，所以其幾許線形與其所遭到的荷載密切相關，表現出強烈的幾許非線性特性。也因為其極小的抗彎剛度，所以它的豎向剛度首要來源于其重力和拉力構成的剛度，即一般所說的重力剛度。而大跨度拱橋的拱肋，因為是接受無窮軸向壓力的曲線構件，因此也表現出較強的幾許非線性特征，其中的安穩性問題尤為重要。

6、斜腿剛構橋

斜腿剛構橋（圖6a）的主梁中有較大的彎矩，這是梁橋的受力特征。但一起其主梁和斜腿內也有較大的軸向壓力，而且其支承處有較大的水平推力，這又是拱橋的受力特征。因此，斜腿剛構橋可以看作是梁和拱的組合系統橋梁。Y形剛構支承橋（圖6b）也可以看作是斜腿剛構橋，不一樣的是在橋墩處相鄰兩跨的水平推力悉數或部分彼此抵銷。

圖6 斜腿剛構橋

7、結語

以上從受力角度簡要地把主要的橋梁結構形式做了描述，未能做到全覆蓋，更沒有作嚴謹的力學推導，僅僅是從概念上闡述而已。

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