橋梁結(jié)構(gòu)說明VIP

附錄I

BridgeDesignandConstruction

Planning.Tprehensiv.stud.t.det

ermin.whethe..bridg.i.needed.I.i.i.t.b..highwa.bridge.i.th.Unite.State.fb.example..plannin.stud.i

.initiatc.b..stat.bridg.authority.

einment.Studie.ar.mad.t.estimat.lh.am

works.lh.effect.o.th.regiona.econom

.studied.an.th.cos.o.th.bridge.Tject.suc.a.publi.taxe.o.saLo.revenu.bo

nd.repai.b.tol.charges.ar.considered.I.ject.th.lan.neede

.fo.th.bridg.an.it.approache.i.acquire.a.th.selecte.site.A.thi.point.fiel.engineerin.wor.i.started.A

ccurat.lan.survey.ar.made.Tides.floo.conditions.currents.an.othe.characteristic.o.th.waterwa.ar.

carcfull.studicd.Borin.sample.o.soi.an.roc.ar.take.a.possibl.foundatio.locations.bot.oJan.an.un

de.th.water.

Selectio.o.bridg.design.Th.chie.faclor.i.decidin.whelhe..bridg.wil.b.buiLa..girder.cantilev

er.truss.arch.suspension.o.som.othe.typ.ar..(l.location.fo.example.acros..river.(2.purposes.fo.e

xample..bridg.fo.carryin.moto.vehicles.(3.spa.lengt..(4.strengt.o.availabl.material..(5.cos.;(6.b

eaut.an.harmon.wit.th.location.

Eachtypeofbridgeismosteffectiveandeconomicalonlywithinacertainrangeofspan

lengths,asshowninthefollowingtable:

BridgeTypeBestspanRange

(feet)(meters)

Girder20to1,0006.1to304.8

RigidFrame80to30024,4to91.4

Arch200to1,00061.0to304.8

Truss200to1,40061.0to426.7

Cantilever500to1,800152.4to548.6

Suspension1,000to5,000304.8to1,524.0

A.indicate.i.th.tabl..thcr.i..considerabl.overla.i.th.rang.o.applicabilit.o.th.variou.typcs.I.so

m.cases.altcrnativ.prcliminar.dcsign.ar.prcparc.fo.sevcra.typc.o.bridg.i.ordc.t.hav..bcttc.basi.fo

.makin.th.fina.selection.

Selectio.o.materials.Th.bridg.designe.ca.selec.fro..numbe.o.moder.high-slrenot.materials.

includin.concrete.steel.an..wid.variet.o.corrosion-resistan.allo.steels.

Fo.th.Verrazano-Narrow.Bridge.fo.exampIe.th.designe.use.a.Ieas.seve.differen.kind.o.allo

.steel.on.o.whic.ha..yiel.strengt.o.5000.pound.pe.squar.inc.(psi.(3515kg/s.cm.an.dos.no.nee.t.b

.painte.becaus.a.oxid.coatin.form.o.it.surfac.an.inhibit.corrosion.Th.designe.als.ca.selec.stee.w

ire.fo.suspensio.cable.tha.hav.tensil.strength.u.t.25000.ps.(1757.kg/s.cm).

Cpressiv.strcngt.a.hig.a.800.ps.(562..kg/ducc.fo.us.i.bridg

e.an.i.ca.b.give.hig.durabilit.agains.chippin.an.weatherin.b.ih.additio.o.specia.cheniica.agent.a

cess.Concret.tha.ha.bee.prestresse.an.reinfbrce.wit.stee.wire.ha..tens

il.strengt.o.25000.ps.(1757.kg/s.cm).

Othe.usefu.materiaLfo.bridg.includ.aluminu.alloy.an.wood.Moder.structura.aluininu.alloy

.hav.yiel.strength.exceedin.4000.ps.(281.kg/s.cm).Laininate.strip.o.woo.glue.togethe.ca.b.mad

.int.beam.wit.strength.twic.tha.o.natura.timbers.glue-laminate.souther.pine.fb.example.ca.bea.

workin.stresse.approachin.3()().ps.(210..kg/s.cm).

Apression.bending,

chear.an.torsio.forces.I.vid..safet.facto.a.insuranc.agains.fai

lure.Th.calculatio.o.th.precis.natur.o.th.individua.stresse.an.strain.i.th.structure.calle.analysis.i.

ple.aspec.o.bridg.building.Th.goa.o.analysi.i.t.detennin.al.o.th.fo

rce.tha.ma.ac.o.eac.structur.member.

Tduce.b.tw.kind.o.loads

stati.an.dynamic.Th.stati.load一th.dea.weigh.o.th.bridg.structur.itseL

i.usuall.th.greates.load.Tponents.includin.vehicle.b.th.bridge.win.fore

es.an.accumulation.o.ic.an.snow.

Althoug.th.tota.weigh.o.th.vehicle.movin.ove..bridg.a.an.tim.i.generall..smal.fractio.o.th.

blem.t.th.bridg.designe.becaus.o.th.vibratio.an.impac.

stresse.create.b.movin.vehicles.Fo.example.th.seven.iinpact.cause.b.irregularitie.o.vehicl.inoti

o.o.bump.i.th.roadwa.ma.momentaril.doubl.th.effec.o.th.liv.loa.o.th.bridge.

Win.cxcr.fbrc.o..bridg.bot.dircctl.b.strikin.th.bridg.structur.an.indircctl.b.strikin.vehicle.t

ha.ar.crossin.th.bridge.I.th.win.induce.arrocladti.vibration.a.i.th.cas.o.th.Tacom.Narrow.Bridge

.it.effec.ma.b.greatl.amplified.Bvision.fo.th.stron

ges.wind.tha.ma.occu.a.th.bridg.location.Othe.force.tha.ma.ac.o.th.bridge.suc.a.stresse.create.

vide.for.

Specia.attentio.mus.ofte.b.give.t.th.desig.o.th.bridg.piers.sine.heav.load.ma.impose.o.the.b.cur

rents.waves.an.floatin.ic.an.debris.OccasionalL.pie.ma.eve.b.hi.b.passin.ship.

Eputer.ar.plyin.a.even-increasin.rol.i.assistin.bridg.designer.i.th.analysi.o.for

ccs.Th.us.o.prccis.mode.testing.particularl.fo.studyin.th.dynami.bchavio.o.bridgc.als.hclp..sig

ners..scaled-dow.mode.o.th.bridg.i.construcicd.an.variou.gauge.t.measur.strains.acceleration.a

n.defbrmation.ar.place.o.lh.model.Th.mode.bridg.i.the.subjecte.t.variou.t.ensur.tha.nothin.lik.t

h.

Tacom.Narrow.Bridg.failur.ca.occur.Wit.moder.technologica.aids.ther.i.muc.les.chanc.o.bridg.

failur.the.i.th.past.

Constructo.th.fbundation..Constructio.start.wit.th.fbundations.whic.ma.cos.almos.a

.muc.a.th.supe.structure.Foiindation.buil.i.wate.usuall.presen.th.greates.difficulties.On.o

.th.olde.method..whic.i.stil.use.i.shallo.waters.i.t.erec.cofferdam.siinila.t.th.nn.o.closel.sp

ace.pile.tha.th.Toman.used.

Fo.constructin.foundation.i.dee.wate..caisson.hav.lon.bee.used.Th.caisso..whic.i..hug.bo.

close.o.al.side.excep.th.botto..i.lowerd.ont.th.rive.bed.Worker.insid.th.caisson.whic.i.fille.wit.

comptresse.ai.t.kee.ou.th.wate..di.deepe.an.deepe..an.

ceeds.Whe..suitabl.dept.i.reached.th.caisso.i.fille.wit.conerrt.an.b

ecome.par.o.th.foundatio.itself.

Anothc.dcep-wate.method.lcs.hazardou.an.les.costl.tha.th.caisso.mcthod.use.stee.o.concr

et.piles.Wit.moder.piLdrivers.lon.heav.pile.ca.b.diibe.eve.i.dee.water.Th.pile.ca.b.cu.of.an.cap

pe.eilhe.abob.th.wale.leve.o.belo.i..Lthe.ar.cappe.belo.th.wale.level..prefabricate.hollo.pie.cas.

i.floate.ou.t.th.sit..sun.o.th.piles.an.the.fille.wit.concret.t.for.th.pie..

Erectin.th.superstructure.Afte.al.pier.an.abutment.ar.i.place.th.etectio.o.th.superstructur.begins

.Th.metho.o.constructio.use.depend.largel.o.th.typ.o.bridg.bein.built.Ther.ar.si.constructio.met

hods.falscwrok.flotation.cantilcvcring.sliding.dircc.lifting.an.suspension.

I.falsewor.construction.mainl.use.i.bulidin.concrct.arc.bridgcs.meta.o.woo.support.ar.buli

.temporaril.t.suppor.th.erection..grea.dea.o.ingenit.i.ofle.require.jus.t.erec.th.falsework.especil

all.fo.structure.ove.seif.river.o.dee.canyons.Tmonl.use.i.wid.shal

lo.rivcrs.

I.th.floatatio.method.mainl.use.i.buildin.Ion.bridge.larg.bridg.section.ar.prefabricate.o.sh

or.an.floate.ou.o.barge.t.th.bridg.site.Th.section.ar.the.hoiste.inLplace.eithe.b.floatin.derrick.o.

b.wiche.place.o.previousl.constructe.section.o.th.bridge.

Th.cantileverin.techniqu.i.use.no.onl.fo.cantileve.bridge.hu.als.fo.stee.arc.bridges.Constr

uctio.srart.a.a.abutmcn.an.extcng.rowar.th.ccnte.picc.b.piccc.M

plete.ponio.o.th.structur.handl.th.heav.material.

Slidin.constructio.i.use.onl.rarely,.I.thi.metho...prefabricate.unit.suc.a..truss.i.erecte.o.sho

e.t.res.o.anothe.support.

Inthedirectliftingmethod,mainlyusedforlight,short-spanhighwaybridges,a

prefabricatedbridgeunitisliftedbyahoistandswungdirectlyontothebridgesupports.

Lth.constructio.o.suspensio.bridges.th.cable.ar.strun.betwee.th.bridg.tower.an.use.a..supp

or.fo.th.bridg.deck.Tli

plcte.par.o.th.dcck.i.usc.t.handl.hcav.matcriaLTcmporar.suspcnsio.ca

ble.ar.occasionalLuse.i.th.conslructio.o.othe.type.o.bndge.l.conve.materia.acros.lh.span.

I.al.rnethod.o.constructio..i.i.necessar.t.detennin.th.stresse.an.deformation.a.ever.stag.o.constr

uction.Splete.bridge—constructe.b.th.cantileve.method---ca.excee.th.stress

plete.bridg.becaus.o.th.totall.diffeerer.condition.o.suppor.an.loading.

附錄n

橋的設(shè)計與構(gòu)造

規(guī)劃現(xiàn)代重要的橋梁建造的第一步是廣泛地研究確定橋梁的必要性。比如：如果

是高速公路橋，在美國則是由州橋管理局研究規(guī)劃并確定，在程序上會同當?shù)氐恼?/p>

或聯(lián)邦政府一起，對主要公路橋梁進行評估研究。如在接近高速公路網(wǎng)上減少交通堵塞,

對當?shù)亟?jīng)濟的影響和橋的造價。這就決定了工程的投資方式，如公眾收費，發(fā)行債券或

支付過橋費都被考慮進來。如果研究認為其可行常，那么橋選址和占地問題將著手處

理。在這一點上，現(xiàn)場測繪工作開始進行，做好精確的實地測量；潮汐，洪水因素，水

流和水路上的其他的特征都要仔細研究，在陸地和水下的泥土和巖石的鉆孔取樣都盡

可能地在基礎(chǔ)處進行。

橋梁設(shè)計的選擇決最佳跨度

定把橋建成梁，懸臂，桁

架，拱，懸索或其他類型

結(jié)構(gòu)的主要因素是：(1)

地點，如跨越河流；(2)

目的，如建橋為了方便交

通；(3)跨度；(4)可用

英尺米

的材料；(5)花費；(6)

美觀和和諧性°在一定范圍

的跨度內(nèi)，每種結(jié)構(gòu)的都

有最大的作用和經(jīng)濟。如下

表所示：

橋的類型

梁橋20到10006.1至1]304.8

剛架橋80到30024.4到91.4

拱橋200到100061.0到304.8

桁架橋200至IJ140061.0到426.7

懸鳴橋500到1800152.4到548.6

懸索橋1000到5000304.8到1524.0

上表表明了許多類型的適用性有相當多的重疊。在一些實例中，在不同的初步設(shè)計

中，用來比較不同類型的橋結(jié)構(gòu)是為了在最后有最好的選擇。

材料的選擇橋梁設(shè)計者能選用大量的現(xiàn)代高強材料，包括混泥土，鋼筋，和多

種耐腐蝕的合金。

拿Varian-Narrows大橋來說，設(shè)計者使用了七種不同的合金鋼，其中之一的合金

的屈服強度為50000英鎊每平方英寸(3115kg/cnf)，而且不需要油漆保護，因為有一

種氧化膜覆蓋在它的表面而防止腐蝕。設(shè)計者還選用鋼絲繩作為纜繩，它的抗拉強度超

過250000英鎊每平方英寸(17577kg/cm2)

抗壓強度高達800C英鎊每平方英尺(562.5kg/cml)的混泥土現(xiàn)在被生產(chǎn)用作橋梁

工程，而且它在增加特殊化學(xué)物質(zhì)后具有很高的抗脆裂性能和抗風化性能，這種混泥

士被用作預(yù)應(yīng)力碎，而且其加強了鋼絲繩的抗拉強度，其強度達到250000英鎊每平方

英寸(17577kg/cm2)

橋梁的其它使用材料還鋁合金和木材：現(xiàn)在的鋁合金的屈服強度超過了40000每平

2

方英寸(2818kg/cm)o把木材碾成細長的薄片，然后用膠水粘在一起而做成的梁是

自然木材強度的二倍。例如用南部松樹而膠結(jié)的梁能承受的工作應(yīng)力達到了3000英鎊

每英寸(210.9kg/cm2)o

應(yīng)力分析一座橋要抵抗一系列的合力，如拉力，壓力，剪力和扭力。另外，結(jié)構(gòu)

還需要一定的安全儲備一保不足。對結(jié)構(gòu)進行精確計算各種單獨的壓力和拉力，這就叫

應(yīng)力分析。這或許是橋梁建設(shè)中最復(fù)雜的技術(shù)。應(yīng)力分析的目的是為了確定作用在結(jié)構(gòu)

上的里的數(shù)量。

作用在橋梁結(jié)構(gòu)的應(yīng)力都可以分為二類荷載：動荷載和靜荷載。靜荷載一一即橋結(jié)

構(gòu)本身不變的重量一一它往往也是最大的荷載。動荷載或靜荷載有很多，包括橋面上的

機動車，風荷載，和積冰積雪荷載。

雖然隨時在橋面，移動的機動車的總重量相當于靜荷載和動荷載來說是一個很少

的部分，而對設(shè)計者來說，因為機動車輛產(chǎn)生的振動和沖擊壓力而會出現(xiàn)特殊問題。例

如：在路面上機動車的不規(guī)則的運動或碰撞對橋面產(chǎn)生短暫而影響加倍的活荷載而導(dǎo)

致嚴重的影響。

風在橋上的施加的里即直接敲打橋結(jié)構(gòu)乂間接的敲打在橋面上的通行的車輛。如果

出現(xiàn)空氣彈性振動，在這種情況下的TacomaNarrows大橋的風作用被大大地增大，由

于這種危險的存在，橋的設(shè)計者在橋址必須知道所能發(fā)牛的最大的風。還有其它的力作

用在橋上，如：地震產(chǎn)生的壓力也必須注意。

對橋墩的設(shè)計通要給予特殊的關(guān)注，因為橋墩承擔水流，浮冰和漂浮物而產(chǎn)生的

重荷，橋墩通常還73?被船撞擊的可能。

電腦在應(yīng)力分析上協(xié)助橋梁設(shè)計者，并扮演一個很重要的角色。用一個精確的模型

試驗