哪一種橋是橋跨界的泰鬥？你想真正對各種橋梁結構體系的受力特點和跨越能力有個全面清晰的理解和掌握，就必須花費大量時間和精力好好了解，本文可為你解惑。

劃分方法

各種不同版本的書籍對于橋梁結構體系的劃分略有不同，一種比較常見的分類方法：梁式橋、拱式橋、剛架橋、斜拉橋、懸索橋及組合體系橋。

梁橋

梁式橋是一種古老的結構體系，由來久遠，我們的祖先簡單的在兩個石墩上搭一根圓木就是梁橋最初的樣子。梁橋由于結構形式簡單、施工方便也是現代橋梁最常見的一種結構形式。

梁作為承重結構是以它的抗彎能力來承受荷載的，所以對于鋼筋混凝土梁橋而言其混凝土材料的較差抗裂性就限制了它的跨越能力。

我們拿筷子做類比吧，随便一用力我們就可以把筷子彎曲掰斷，但你試試能不能把筷子拉斷呢？所以，大多數材料其受彎時，效能就變得很低。

輕松掰斷的筷子

梁橋又分為簡支梁、懸臂梁、連續梁、連續剛構和T形剛構。

（也有些劃分方法中是把剛構體系歸類到剛架橋中）

簡支梁均布載下的彎矩圖

連續梁均布載下彎矩圖

1.梁橋結構分類比較

從上面幾張圖我們可以看出，簡支梁是靜定體系，在均布荷載作用下，支點彎矩為零，而跨中正彎矩為ql2/8，與跨徑成正比級數關系，跨越能力大大受限，目前簡支梁的最大跨徑僅為50m。

連續梁是超靜定體系，在相同跨徑下，其支點出現負彎矩将同樣是ql2/8的彎矩矢量值整體提升，這樣跨中正彎矩就減小了，我們稱之為支點的卸載作用。

同樣道理，T形剛構也是超靜定結構，同時我們做成跨中梁減薄、支點梁加高的變截面形式，這樣使得其支點的卸載作用更為明顯而大大的提高了T形剛構的跨越能力。

而此處沒有提到的懸臂梁，實際是簡支梁外延伸跨過支座的橋梁形式，所以又稱為外伸梁，有單懸臂和雙懸臂之分，其跨越能力與簡支梁相同。連續剛構介于連續梁和剛構之間，跨越能力也随支點的卸載作用、梁截面形式、材料強度而不盡相同。

2.梁橋截面特性分類比較

下面a 圖就是最普通的梁式橋，是受彎為主的結構，右邊是它的截面應力分布圖，可以看出無論拉應力還是壓應力都集中在外緣，而靠近中性軸處幾乎為零。也就是說，隻要上下邊緣達到了極限，整個截面就離破壞不遠了，素混凝土梁的破壞荷載僅僅為混凝土的抗拉極限強度，臨界裂縫一貫通，梁就被劈裂成兩部分，而發生脆性破壞。所以我們配以鋼筋來代替混凝土抗拉，于是就有了普通的鋼筋混凝土梁。

梁橋結構承載模式圖

所以，其實混凝土梁既然中間截面幾乎為零，它的利用率是極低的，況且還增加自重，那麼為什麼不把它們省略呢？于是，就有了b 圖這種空心梁，減輕了自重，并配以鋼筋代替混凝土抗拉，大大提高了構件延性和承載力。

把這個趨勢進一步擴大，也就是把原來的梁式結構進一步格構化，我們就得到了c 圖的桁架結構。d 圖是它的大緻内力分布，紅色受拉，藍色受壓。它的截面分布更加合理，上弦杆件受壓，下弦杆件受拉，大大減輕結構自重，增大跨越能力。著名的南京長江大橋就是這樣的結構形式。

總之

梁式橋之所以在橋梁跨越能力中屬于弱者，那是由于混凝土這種材料不抗裂、不耐彎所造成的。當然文中也說了，梁橋還分不同的結構形式和不同的材料構築，所以承載能力也不盡相同。

2015年世界大跨徑梁式橋排名
排名	橋梁名稱	國家	建成年份	主跨（m）	橋型
1	重慶市石闆坡長江複線橋	中國	2006	330	連續剛構連續梁混合梁
2	Stolma（斯托爾瑪）大橋	挪威	1998	301	預應力混凝土剛構橋
3	拉夫特桑德特橋	挪威	1998	298	預應力混凝土剛構橋
4	巴拉圭河橋	巴拉圭	1979	270	預應力混凝土實腹梁橋
5	虎門大橋輔航道橋	中國	1997	270	雙肢薄壁剛構體系

拱橋

拱橋豎向作用下受力圖

1.拱橋受力特性

從上面兩張受力圖示我們可以看出，在豎向荷載作用下梁橋隻有向上的約束作用（約束，構件變形不被滿足時約束産生），而拱橋在豎向荷載作用下還多了橫向推力作用，因此我們很容易解釋拱橋是一種受壓為主的結構，隻要采用受壓性能好的材料（石拱橋、圬工拱橋、鋼筋混凝土拱橋、預應力混凝土拱橋、鋼管混凝土拱橋、鋼桁架拱橋等）都可以建造。

在這裡我們要介紹一下鋼管混凝土拱橋，它是結構界另一項“三向受壓”的典型案例。

鋼管混凝土拱圈受力圖

鋼管混凝土拱橋的主拱圈是在鋼管内壓築混凝土，混凝土外面由于有鋼管包裹，當主拱圈處于受壓狀态時，鋼管也約束了混凝土的測向變形需求，這樣混凝土就處于著名的“三向受壓狀态”，有試驗數據表明，三向受壓狀态的結構其承載能力較普通鋼筋混凝土結構有所提高，而延性卻大大增加。

2.拱橋穩定性問題

以受壓為主的拱結構還牽扯到一個穩定性問題，也就是說若在均布荷載作用下拱結構的穩定性是比較好的，但是如果出現集中荷載，拱的穩定性就會受到影響了，當然拱橋上怎麼會沒有集中荷載呢？你開着一張車從橋上飛馳而過，你的車就是橋梁的可變集中荷載。舉個例子，你用腳踩放在地上的空易拉罐，很難把它踩碎，但是很容易就把它踩變形或踩扁了。

所以，拱橋的跨越能力受到了穩定性的限制。但由于拱是受壓為主的結構其跨中正彎矩不大，所以其跨越能力又大于梁式橋。

世界大跨徑拱橋排名
排名	橋梁名稱	國家	建成年份	主跨（m）	橋型
1	朝天門長江大橋	中國	2009	552	鋼桁架拱
2	盧浦大橋	中國	2004	550	鋼箱拱
3	波司登長江大橋	中國	2011	530	鋼管混凝土拱
4	新河谷大橋（New River Gorge Bridge）	美國	1977	518	鋼桁架拱
5	貝爾橋（Bayonne Bridge）	美國	1931	504	鋼桁架拱
6	悉尼港橋（Sydney Harbour Bridge）	澳大利亞	1932	503	鋼桁架拱
7	巫山長江大橋	中國	2005	460	鋼管混凝土拱
8	明州大橋	中國	2011	450	鋼箱拱
9	南廣鐵路西江大橋	中國	2014	450	鋼箱拱
10	滬昆高鐵北盤江大橋	中國	2015	445	勁性骨架鋼筋混凝土拱

剛架橋

“剛”指的是剛性連接，簡單說這樣類型的橋其梁與墩、闆與立柱都是采用固結方式，也就是兩者間沒有支座來滿足梁的變形需求，兩者是共同變形的超靜定結構，再者我們一般用“鋼”來表達橋的材料屬性，我們有鋼梁橋、鋼拱橋、鋼懸索橋，但是我們不會說鋼架橋。

剛架橋是一種彎、壓組合的結構，現目前剛架橋常用在跨線橋中，比如斜腿剛架橋和門式剛架橋，由于其剛性連接處在實際運用中常出現裂縫問題，而限制了其跨越能力。

斜腿剛架橋

門式剛架橋

剛架結構受力圖

還記得在梁式橋分類中，連續剛構和T形剛構歸類到梁橋中，所以最大跨徑的剛架橋也可以以剛構橋作為代表，列入“世界最大跨橋梁橋排名”。

總結一下

梁式橋——以受彎為主，跨越能力受到混凝土的抗裂和抗彎能力限制。

世界最大跨徑梁橋代表：重慶石闆坡長江複線橋，預應力連續剛構，主跨330m。

拱式橋——以受壓為主，跨越能力受穩定性影響，但跨中彎矩不大，所以跨越能力大于梁橋。

世界最大跨徑拱橋代表：重慶朝天門長江大橋，三跨連續鋼桁系杆拱，主跨552m。

剛架橋——以受彎、壓為主，跨越能力受剛性連接處的應力限制而跨越能力不大。

斜拉橋

這裡說明一下，有一些書上把斜拉橋和懸索橋統稱為纜索承重橋，而有些書上呢認為斜拉橋是組合體系橋，在這裡我們将斜拉橋單獨列為一類橋型給大家介紹。

1.斜拉橋的結構體系

斜拉橋是由承壓的塔、受拉的索和彎承的梁體組合起來的一種結構體系。梁體用拉索組合多點拉住，好似多跨彈性支承的連續梁，可使梁體内彎矩減小，降低了建築高度，又因栓焊連接與正交異性闆的箱形斷面構造的應用，使結構充分利用材料的受力特性，從而減輕了結構自重，節省了材料。

斜拉橋結構圖

斜拉橋受力圖

2.斜拉橋的組成

斜拉橋主要由索塔、主梁、斜拉索組成，有獨塔、雙塔和三塔式，索塔型式有A型、倒Y型、H型、獨柱，材料有鋼和混凝土的。斜拉索布置有單索面、平行雙索面、斜索面等。斜拉橋是一種自錨式體系，斜拉索的水平力由梁承受。梁除了支承在墩台上外，還支承在由塔柱引出的斜拉索上。

總之

一般說，斜拉橋跨徑300～1000米是合适的，在這一跨徑範圍，斜拉橋與懸索橋相比，斜拉橋有較明顯優勢。德國著名橋梁專家F.leonhardt認為，即使跨徑1400米的斜拉橋也比同等跨徑懸索橋的高強鋼絲節省二分之一，其造價低30%左右。

世界大跨徑斜拉橋橋排名
排名	名稱	國家	建成年份	主跨
1	俄羅斯島大橋	俄羅斯	2012	1104
2	蘇通長江大橋	中國	2008	1088
3	昂船州大橋	中國	2009	1018
4	湖北鄂東長江大橋	中國	2010	926
5	多多羅大橋（Tatara）	日本	1999	890
6	諾曼底大橋（Normandy）	法國	1995	856
7	九江長江公路大橋	中國	2013	818
8	荊嶽長江大橋	中國	2010	816
9	仁川大橋	韓國	2009	800
10	廈漳大橋北汊橋	中國	2013	780

懸索橋

與軸心拉壓相比，我們前面知道受彎是一個效率較低的承載方式。一定程度上，提高結構效能就是盡量的把受彎轉化為受拉或者受壓。如果同時能夠做到盡量減輕結構自重，那就更完美了。拱結構就是轉化為受壓的例子，但是拱橋有穩定性問題，而懸索橋則是轉化為受拉的例子。

1.懸索橋的結構體系

懸索橋承載模式圖

整個懸索承受同樣大小的拉力，整個懸索的拉力由支座處的錨固結構進行平衡。其實這種結構非常好理解，把上圖想象成一根晾衣繩，上面晾了11件衣服，而晾衣繩的兩端，需要牢固的栓在牆上或者柱子上。很容易理解吧？

所以，懸索橋是通過索塔懸挂并錨固于兩岸（或橋兩端）的纜索（或鋼鍊）作為上部結構主要承重構件的橋梁，又名吊橋，其實它是一種比較古老的橋型。

早期熱帶原始人利用森林中的藤、竹、樹莖做成懸式橋以渡小溪，使用的懸索有豎直的，斜拉的，或者兩者混合的。婆羅洲、老撾、爪哇原始藤竹橋，都是早期懸索橋的雛形。不過具有文字記載的懸索橋雛形，最早的要屬中國，直到今天，仍在影響着世界吊橋形式的發展。

懸索橋結構圖

懸索橋受力圖

2.懸索橋的結構受力

懸索橋的主要構造是：懸索、索塔、錨碇、吊索及橋面。

懸索橋中最大的力是懸索中的張力和塔架中的壓力。懸索的幾何形狀由力的平衡條件決定，一般接近抛物線，老的懸索橋的懸索一般是鐵鍊或聯在一起的鐵棍，現代的懸索一般是多股高強鋼絲，材料利用效率最高，懸索橋的自重較輕，在剛度滿足使用要求的情況下，能充分顯示出其優越性，使其比其他形式的橋梁更能經濟合理地運用于大跨度橋梁的修建。

由于索塔主要承受拉力，并不像斜拉橋那樣對梁有橫向壓力，它是以豎向拉力為主，其穩定性優于斜拉橋，所以塔架結構可以做得纖細些，此外懸索對塔架還有一定的穩定作用，塔頂設有支承懸索的鞍形支座。

承受很大拉力的懸索的端部通過錨碇固定在地基中，也有個别固定在剛性梁的端部，這使懸索橋比起其他橋型又多了一個巨大的幫手，因此其跨越能力有了較大提升，同時其對地基的要求也較高，地基條件不好時采用懸索橋其經濟性就沒那麼優異了。

從纜索垂下許多吊索，把橋面吊住，又是一種多點彈性支承的梁，為了避免在車輛駛過時，橋面随着懸索一起變形，現代懸索橋一般均設有剛性梁（又稱加勁梁），同纜索一同形成組合體系，以減小活載所引起的撓度變形。

總之

懸索橋的受力特征是：荷載由吊索傳至錨墩，傳力途徑簡捷、明确。懸索橋的特點是：構造簡單，受力明确；跨徑愈大，材料耗費愈少、橋的造價愈低。懸索橋可以造得比較高，容許船在下面通過，在造橋時沒有必要在橋中心建立臨時的橋墩，因此懸索橋可以在比較深的或比較急的水流上建造。懸索橋比較靈活，因此它适合抗風和地震區的需要，比起普通的橋，懸索橋在這些地區必須更加堅固和沉重。

1998年建成的日本明石海峽橋的跨徑為1991米，是目前世界上跨徑最大的橋梁。如用自重輕、強度很大的碳纖維作主纜理論上其極限跨徑可超過8000米。

懸索橋的主要缺點是：

剛度小，在荷載作用下容易産生較大的撓度和振動，需注意采取相應的措施。按照橋面系的剛度大小，懸索橋可分為柔性懸索橋和剛性懸索橋。

懸索橋的懸索鏽蝕後不易更換。

當然，制約懸索橋跨度和安全性能的不僅僅是豎向荷載，還有側向的抗風設計。1940年，美國塔克馬海峽大橋在極強風荷載中坍塌，引起了工程學界對抗風設計的重視，雖然這座橋如今早已安然于海洋深處，但它的倒塌為懸索橋的貢獻奠定了不可估量的研究基礎。今天的懸索橋，技術水平已經達到了很高的程度。目前最長跨度的日本明石海峽大橋，主跨1991m。其原設計為1990m，但1995年的阪神大地震震中距大橋隻有4公裡，導緻正在建設中的兩側橋塔之間的水平距離增加了1m。

大跨徑能力比較	斜拉橋	懸索橋
	纜索（斜拉索或懸索＋吊索）承重結構，給梁增加了一個幫手，
	把梁分成若幹多點彈性支承體
	采用高強材料大大提高跨越能力
	通過纜索将荷載傳遞給塔，塔傳遞給地基
	主梁以承受斜向拉力為主	主梁以承受豎向拉力為主，穩定性好于斜拉橋。
		抗變形能力、抗風穩定性優于斜拉橋。
跨越能力	優	更優

世界大跨徑懸索橋排名
排名	名稱	國家	建成年份	主跨
1	明石海峽大橋（Akashi）	日本	1998	1991
2	西堠門大橋	中國	2008	1650
3	大帶橋（Great Belt）	丹麥	1997	1624
4	潤揚大橋	中國	2005	1490
5	亨伯橋(Humber)	英國	1981	1410
6	江陰長江橋	中國	1999	1385
7	青馬大橋(Tsing yin)	中國	1997	1377
8	維拉紮諾橋（Verrazano）	美國	1964	1298
9	金門大橋	美國	1937	1280
10	海依靠斯特（Kusten）	瑞典	1998	1210

組合體系橋

組合體系橋不外乎基本結構體系的組合，如梁、拱組合，系杆拱、桁架拱、多跨拱梁等。它們利用梁的受彎與拱的承壓特點組合成聯合結構。

總結一下

1.梁式橋——以受彎為主，跨越能力受到混凝土的抗裂和抗彎能力限制。

世界最大跨徑梁橋代表：重慶石闆坡長江複線橋，預應力連續剛構，主跨330m。

2.拱式橋——以受壓為主，跨越能力受穩定性影響，但跨中彎矩不大，所以跨越能力大于梁橋。

世界最大跨徑拱橋代表：重慶朝天門長江大橋，三跨連續鋼桁系杆拱，主跨552m。

3.剛架橋——以受彎、壓為主，跨越能力受剛性連接處的應力限制而跨越能力不大。

4.斜拉橋——由斜拉索将梁分成若幹多點彈性支承體，荷載傳由主塔，傳至地基，高效利用高強材料，是現代大跨徑橋梁常用的結構形式，但優勢弱于懸索橋。

世界最大跨徑斜拉代表：俄羅斯島大橋，主跨1104m。

5.懸索橋——由錨固于兩岸地基的主纜懸索作為主要承重結構，吊索将梁分成若幹多點彈性支承體，荷載傳由主塔，傳至地基，高效利用高強材料，抗風穩定性好，體現現代最大跨徑橋梁的絕對優勢。

世界最大跨徑斜拉代表：日本明石海峽大橋，主跨1991m。

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