结构力学论文修改版

《结构力学》课程学习论文

《结构力学》课程学习论文

题目：利用《结构力学》对桥梁结构形式的分析 学院： 土建与水利学院 专业： 土木工程专业 班级：

摘要：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

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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，而且是飞越大江和海峡特大跨度桥梁的优选形式。

关键词：梁式桥，桁架桥，拱式桥，悬索桥，斜拉桥

公路桥梁是重要的交通的枢纽，对于社会经济的快速发展有着极为重要的意义。然而，公路桥梁经过长时间的使用，会不可避免的发生相应的损坏，进而破坏桥梁结构的抗力，形成相应的安全隐患。随着时代前进的步伐，人们对桥梁工程提出了更高的要求，桥梁工程无论是现在还是以后都不会停步的，它的发展前景会更广阔。通过半个多学期的结构力学的学习，我对桥梁结构及他们的受力特点有了一定的认识。理论联系实际，我通过对各种结构的对比分析，进一步加深了印象，对以后的学习奠定了基础。

梁式桥

梁式桥在竖向荷载作用下，支座只产生竖向反力，桥跨结构承受弯矩和剪力，以受弯为主。梁式桥又分为简支梁桥、连续梁桥和悬臂梁桥。图1所示为各种体系的基本图式。简支梁桥受力简单，施工方便，在小跨度桥梁中得到广泛应用。连续梁桥受力较合理，行车平顺，是大跨度桥梁常采用的桥式。将简支梁梁体加长至支点外就成为悬臂梁桥，悬臂梁桥的跨中弯矩比简支梁桥小，但结构较为复杂，行车不够平顺，目前已较少采用。

采用钢筋混凝土建造的梁桥能就地取材、耐久性好、适应性强、整体性好且美观；这种桥型在设计理论及施工技术上都发展得比较成熟。但是由于制造梁式桥的材料多为石料与混凝土，随跨度的增加其自重的增加也比较显著。因此梁式桥广泛用于中、小跨径桥梁中。

图1 梁式桥

桁架桥

与梁和刚架相比，当荷载仅作用在结点上时，桁架杆件只承受轴力，没有弯

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矩和剪力，应力分布均匀，能够充分发挥材料的性能。常用的桁架结构有：平行弦桁架，折弦桁架和三角弦桁架。

平行弦桁架的内力分布不均匀，弦杆内力向跨中递增，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、竖杆长度都分别相同，所有结点处相应各杆交角均相同等，因而利于标准化。厂房中多用于12m以上的吊车梁。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。 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(例如100～150 m)及大跨度屋架(18～30 m)中，节约材料意义较大，故常采用。

三角形桁架的内力分布也不均匀，弦杆内力在两端最大，且端结点处夹角甚小，构造布置较为困难。但是，其两斜面符合屋顶构造需要，故只在屋架中采用。

图2 桁架桥

拱式桥

图3为拱式桥的基本图式和力学图式。拱式桥最大的特点是在竖向荷载作用下存在水平反力（拱脚推力）。拱式桥桥跨结构简称主拱，以受压为主，同时也承受弯矩和剪力，常用抗压能力强的圬工材料（如砖、石、混凝土）和钢筋混凝土来建造。由于拱桥跨越能力大，造型美观，在地基较好的情况下，一般在跨径500m以内可作为选择方案。

从几何构造上讲，拱式结构可以分为三铰拱、两铰拱和无铰拱。分析三铰拱的受力特点，在竖向荷载下，三铰拱存在水平推力，因此，三铰拱横截面的弯矩小于简支梁的弯矩。弯矩的降低，拱能更充分的发挥材料的作用，当跨度较大、荷载较重时，采用拱比采用梁更为经济合理。拱式结构的静力特征，决定了与梁相比用材节省，自重减轻，并且可有较大的跨度。实际中还可以用合理拱轴线作

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为拱的轴线，使拱的受力状态接近于无弯矩状态。由于拱体主要承受轴向压力，故可利用砖、石、混凝土等抗压性能好而又相对廉价的材料建造。此外，拱式结构有利于营造曲线美，并能提供较大的使用空间。

但另一方面，由于它是一种推力结构，对地基要求较高；对多孔连续拱桥，为防止一孔破坏而影响全桥，要采取特殊措施或设置单向推力墩以承受不平衡的推力，增加了工程造价；在平原区修拱桥，由于建筑高度较大，使两头的接线工程和桥面纵坡量增大，对行车极为不利，且为曲线结构，因此三铰拱的施工比简支梁复杂。

图3 拱式桥

悬索桥

悬索桥又称吊桥，主要由缆索、桥塔、锚碇、吊杆和加劲梁等组成，如图4所示。缆索跨过塔顶锚固在锚碇上，是桥的程总结构。缆索上悬挂吊杆，吊着加劲梁，缆索受拉。悬索桥结构的自重较轻，跨越能力比其他桥型大，常用于建造跨越大江大河或跨海的特大桥。由于索是柔软的，其抗弯刚度可以忽略，索横截面的弯矩和剪力为零，只有轴向的拉力作用。此外悬索对塔架还有一定的稳定作用。假如在计算时忽视悬索的重量的话，那么悬索形成一个双曲线。这样计算悬索桥的过程就变得非常简单了。

但它也有许多缺点。悬索桥的坚固性不强，在大风情况下交通必须暂时被中断。悬索桥不宜作为重型铁路桥梁悬索桥的塔架对地面施加非常大的力，因此假如地面本身比较软的话，塔架的地基必须非常大和相当昂贵。悬索桥的悬索锈蚀后不容易更换。

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