桥梁中不同结构的比较
班级：土木二班姓名：孙俊若学号：201300206104
设计桥梁可有多种结构形式选择：石料和混凝土梁式桥只能跨越小河；若以受压的拱圈代替受弯的梁，拱桥就能跨越大河和峡谷；若采用钢桁架可建造重载铁路大桥；若采用主承载结构受拉的斜拉桥和悬索桥，不仅轻巧美观，而且是跨越大江和海峡大跨度桥梁的优选形式。

桥梁中不同结构有不同的优点和缺点，通过比较选择合理、经济的结构是我们应该研究的问题。

下面阐述了一些结构形式的比较，以及改善的方法。

桁架桥的特点
桁架是由一些用直杆组成的三角形框构成的几何形状不变的结构物。

杆件间的结合点称为节点(或结点)。

根据组成桁架杆件的轴线和所受外力的分布情况，桁架可分为平面桁架和空间桁架。

屋架或桥梁等空间结构是由一系列互相平行的平面桁架所组成。

若它们主要承受的是平面载荷，可简化为平面桁架来计算。

桁架桥是桥梁的一种形式，一般多见于铁路和高速公路；分为上弦受力和下弦受力两种。

桁架由上弦、下弦、腹杆组成；腹杆的形式又分为斜腹杆、直腹杆；由于杆件本身长细比较大，虽然杆件之间的连接可能是“固接”，但是实际杆端弯矩一般都很小，因此，设计分析时可以简化为“铰接”。

简化计算时，杆件都是“二力杆”，承受压力或者拉力。

由于桥梁跨度都较大，而单榀的桁架“平面外”的刚度比较弱，
因此，“平面外”需要设置支撑。

设计桥梁时，“平面外”一般也是设计成桁架形式，这样，桥梁就形成双向都有很好刚度的整体。

有些桥梁桥面设置在上弦，因此力主要通过上弦传递；也有的桥面设置在下弦，由于平面外刚度的要求，上弦之间仍需要连接以减少上弦平面外计算长度。

桁架的弦杆在跨中部分受力比较大，向支座方向逐步减小；而腹杆的受力主要在支座附件最大，在跨中部分腹杆的受力比较小，甚至有理论上的“零杆”。

不同简支梁式桁架的比较
不同形式的桁架，其内力分布情况和适用场合也各不同。

简支梁式桁架分为平行弦桁架、折弦桁架、三角形桁架；在均布荷载作用下，简支梁的弯矩分布图形是抛物线形的，两边小中间大。

a、在平行弦桁架中，弦杆的力臂是一常数，故弦杆内力与弯矩的变化规律相同，即两端小中间大。

竖杆内力与斜杆的竖向分力各等于相
应简支梁上对应节间的剪力，故它们的大小均分别由两端向中间递减。

由此看出平行弦桁架的内力分布不均匀，弦杆内力向跨中递减，若每一节间改变截面，则增加拼接困难；如采用相同的截面，又浪费材料。

但是，平行弦桁架在构造上有许多优点，如所有弦杆、斜杆、竖杆长度都相同，所有节点处相应各杆交角均相同等，因而利于标准化。

平行弦桁架用于轻型桁架时，可采用截面一致的弦杆而不至于造成很大的浪费。

厂房中多用于12m以上的起重机梁。

铁路桥梁中，由于平行弦桁架给构件制作及施工拼装都带来很多方便，故较多采用。

b、在三角形桁架中，弦杆所对应的力臂是由两端向中间按直线变化递增的，其增加速度要比弯矩的增加来得快，因而弦杆的内力就由两端向中间递减。

至于腹杆内力，各竖杆及斜杆的内力都是由两端向中间递增的。

三角形桁架的内力分布也不均匀，弦杆内力在两端最大，且端结点处夹角很小，构造布置较为复杂。

但是其两斜面符合屋顶构造需要，故只在屋架中采用。

c、在折弦桁架（上弦各节点在抛物线上）中，各下弦杆内力及各上弦杆的水平分力对其矩心的力臂，即为各竖杆的长度。

而竖杆的长度与弯矩一样都是按抛物线规律变化的，故可知各下弦杆内力与各上弦杆水平分力的大小都相等，从而各上弦杆的内力也近于相等。

各斜杆内力均为零，竖杆内力均等于相应下弦结点上的荷载。

折弦桁架的内力分布均匀，因而在材料使用上最为经济。

但是构造上有缺点。

上弦杆在每一结点处均转折而须设置接头，故构造较复杂。

不过在大跨度
桥梁（100~150m）及大跨度屋顶（如18~30m）中，节约材料意义较大，故常采用。

桁架和拱式结构中减小弯矩的方法
梁、梁式桁架等属于无推力结构，三铰刚架、三铰拱、拱式桁架和某些组合结构属于有推力结构，水平推力可以改善结构受力状态。

这些结构都是由链杆或梁式杆组成的。

梁与刚架中的杆件都是梁式杆；桁架中的杆件都是链杆、部分为梁式杆。

链杆处于无弯矩状态，内力只有轴力，杆件横截面中的正应力均匀分布，能够充分利用材料的强度。

梁式杆处于有弯矩状态，弯矩产生的正应力沿横截面高度呈三角形分布，中性轴附近的应力很小，没有充分利用材料强度。

为了充分利用材料强度，应尽量减小梁式杆中的弯矩，最好是完全消除弯矩，使杆件处于无弯矩状态。

构架设计中一般采取如下措施：
1、在外伸梁和静定多跨梁中，利用杆端的负弯矩可以减小跨中的正弯矩。

合理设计支座的位置，不仅可以减小弯矩的峰值，而且可使梁中正、负弯矩分布比较均匀。

2、在三铰拱和三铰刚架中，利用水平推力的作用可以减小弯矩的峰值。

3、在三铰拱中，利用合理拱轴线，可以使拱处于无弯矩状态；在桁架中，利用杆件铰接和合理布置，以及荷载的传递方式可以实现理想桁架的无弯矩状态。

4、采用组合结构，使部分杆件作为链杆、处于无弯矩状态。

通过合理的结构设计，如合理设计链杆的位置，可以减小梁式杆的弯矩
峰值并使弯矩分布比较均匀。

在相同的跨度和荷载下，一般简支梁和简支刚架的弯矩最大，外伸梁、静定多跨梁、三铰刚架和组合结构的弯矩次之，桁架和采用合理拱轴线的三铰拱弯矩为零。

由于这些受力特点，在实际工程中，简支梁多用于小跨度结构，简支刚架应用较少；外伸梁、静定多跨梁、三铰刚架和组合结构可用于跨度较大的结构；当跨度更大时，多采用桁架和具有合理拱轴线的拱。

在构造、施工角度，不同结构有各自的优点和缺点。

简支梁虽然具有弯矩大且弯矩分布均匀的缺点，但由于构造构造简单，施工方便，所以简支梁在工程中仍有广泛的应用。

桁架和三铰拱虽然具有可以实现无弯矩状态的受力合理的优点，但桁架内部结点多且构造复杂，三铰拱要求基础具有较强的承受水平推力的能力且拱轴线为曲线，因而增加了制作与施工上的困难。

在结构设计中，选取结构形式应综合考虑跨度、施工条件等因素，进行多方面的分析和比较。

斜拉桥和悬索桥
斜拉桥
悬索桥
通过斜拉桥和悬索桥的结构简图可以看出，斜拉桥和悬索桥都是通过钢索的拉力来代替了桥墩的支持力。

因此可以减少桥墩的数量，实现桥梁的大跨度。

通过斜拉桥和悬索桥的结构简图可以看出，斜拉桥的钢索是斜着的，以a图C点进行受力分析，为了在C点提供足够的竖直拉力Fcy 随着AC距离的增加，Fc和Fcx将会不断增大，这样会不断增大钢索的拉力和桥面的轴向压力，这也是为什么斜拉桥的钢索大多集中在索塔的上端的原因。

因此AC之间的距离不能太大，即斜拉桥的跨度不能太大。

而通过悬索桥的结构简图可以看出，悬索桥的钢索受力是竖直方向的，随着跨度的增加并不会增加钢索的受力。

因此悬索桥的跨度可以比斜拉桥更大。

这两种桥同属大跨度桥。

从使用方面来讲：斜拉桥是超静定结构，其稳定性较静定结构的悬索桥要好，世界上有过很多悬索桥因在大风下发生共振而垮塌的事件；斜拉桥可以连续做成好几跨，但悬索桥做成几跨在技术上有难度，目前世界最大三塔双跨悬索桥是中国在建的泰州长江大桥，单跨1080m；悬索桥必须有锚碇，如果所在河流非常
宽，而悬索桥达不到这样的跨度，则锚碇就要放置在河流中，这样会严重影响水流，威胁到航运，所以像苏通大桥就宁可选择了斜拉桥。

从结构受力方面说：跨度很大时悬索桥的受力比斜拉桥要更加合理，所以能做到更大跨度，因为斜拉桥跨度过大时，为使拉索受力不至于过大，就必须加高桥塔高度，桥塔高度肯定不可能无限加高；斜拉桥拉索会对桥身有水平方向的作用力，这就加大了对桥身强度的要求，而悬索桥就没这一情况。

从经济方面说：据相关研究显示在跨度300-1000m时用斜拉桥更经济，而在跨度超过1000m时用悬索桥更经济。

桥型方案的选择应结合各桥型方案的特点,充分考虑桥梁结构的安全耐久、满足使用的要求,同时兼顾造价较低、施工及维修养护方便, 与周围景观相协调等原则, 综合比较各桥型方案在满足桥梁安全、适用、经济、美观等方面的优缺点, 从而选择出各方面具有均衡优势的桥型。