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农桥

中国规定,标准低于四级公路的农村道路上的桥梁。农桥由上部结构(又称桥跨结构或桥孔结构)及下部结构组成。上部结构包括直接承受车辆荷载的桥面系及主要承重结构等;下部结构包括桥墩、桥台等。农桥载重等级均低于公路桥梁标准。中国农桥设计尚无统一规范,各地主要根据当地车辆类型、行车密度及远景发展,并适当参照交通部部颁《公路桥涵设计规范

中国规定,标准低于四级公路的农村道路上的桥梁。农桥由上部结构(又称桥跨结构或桥孔结构)及下部结构组成。上部结构包括直接承受车辆荷载的桥面系及主要承重结构等;下部结构包括桥墩、桥台等。农桥载重等级均低于公路桥梁标准。中国农桥设计尚无统一规范,各地主要根据当地车辆类型、行车密度及远景发展,并适当参照交通部部颁《公路桥涵设计规范》(试行)制定相应的设计标准(如设计洪水频率、桥面宽、桥下净空、荷载等级等)及构造要求。农桥桥位选择一般应服从农田基本建设道路规划的路线走向。桥孔布置不宜影响河沟或灌排渠道原有过水面积,防止河岸或渠道被冲刷。

中国有悠久的建桥历史,古桥的类型很多,几乎包括了所有近代桥梁中的主要形式。早在春秋战国时期,木石梁桥、浮桥及索桥已遍布于黄河流域和其它地区。拱桥一直是中国重要的一种桥型,遍布全国。据史籍记载,晋朝太康三年(公元282年)建于洛阳七里涧上的旅人桥是已发现的中国历史上最早的石拱桥。著名的河北省赵县安济桥(赵州桥)始建于公元591年,是世界上第一座空腹石拱桥。中华人民共和国建国后,农桥得到迅速发展。在盛产石料地区,修建了大量石拱桥。1964年江苏无锡县创建了双曲拱桥。1966年7月上海市金山县首先建成了桁架拱桥。在宽浅河流上,北方地区还修建了一定数量的三铰平板拱桥、轻台微弯板坦肋拱桥及扁壳拱桥等。随着农业现代化的发展,农桥的规模及设计标准将不断提高,从而将推动农桥结构型式、设计理论、施工技术的进一步发展。

农桥类型

农桥按主要承重结构所用材料不同可分为木桥、石桥、砖桥、混凝土桥、钢筋混凝土桥等;按荷载等级不同可分为人行桥、生产桥、拖拉机桥及低标准公路桥等;按主要承重构件的受力状态不同可分为梁式桥、拱桥、桁架拱桥、刚架拱桥等,其它如刚架桥、吊桥等在农村中采用较少;按桥面在上部结构中的位置(顶部、中部或底部)不同可分为上承式桥、中承式桥和下承式桥;此外,还有漫水桥等特殊性质的农桥。

梁式桥 由支承在墩台上的主要承重构件梁式板构成(图1),是农村中广泛采用的桥型之一。按横截面型式可分为①板桥。主要承重结构是矩形截面的钢筋混凝土实心板或空心板,特点是构造简单,施工方便,但受拉区混凝土不能充分发挥作用。实心板桥多用于8米以下跨度,空心板桥多用于8~13米跨度。②T形梁桥。上部结构由T形截面主梁、横隔板(梁)和翼板(桥面板)组成,主梁与桥面板合理结合在一起,节省了受拉区的混凝土,能充分利用材料。适用于8~16米以上跨度,多采用预制吊装。③箱梁桥。主要承重构件是封闭形薄壁箱形梁,整体受力性能好,箱壁较薄,可有效减轻自重,一般用于大跨度。梁式桥还有其它分类方法,按受力特点不同可分为简支梁桥、连续梁桥、悬臂梁桥等;按施工方法不同可分为现浇整体式钢筋混凝土梁桥,预制装配式梁桥及预应力混凝土梁桥等。

图1 梁式桥

拱桥 上部结构由主拱圈和拱上结构两部分组成。主拱圈上面用以支承桥面的结构称拱上结构。拱桥按拱上结构形式可分为实腹式及空腹式两种。实腹式是在拱背上用圬工材料砌筑或用砂石、土料填筑的实体结构。空腹式是在实腹式拱上结构中,对称地留出若干个城门洞形孔洞,以减小主拱圈荷载。拱桥按主拱圈设铰数目不同可分为无铰拱、两铰拱及三铰拱等几种型式;按主拱圈的横截面形式不同可分为板拱、肋拱、双曲拱等几种型式。主拱圈是拱桥主要承重构件,在竖向荷载作用下,以受压力为主,故能利用抗压强度大的砖、石混凝土等材料建造。主拱圈在跨径中央处称拱顶,两端与墩台连接处称拱脚。各径向截面重心的连线称拱轴线。两拱脚截面重心的水平距离L称为计算跨度(简称跨度)。拱顶截面重心到拱脚截面重心的铅直距离f称计算矢高(简称矢高)。f/L称矢跨比。①板拱桥(图2)。拱圈横截面整个宽度内为矩形断面,采用砌石、混凝土现浇或预制块砌筑,一般适用于20米以下跨度。小跨度板拱拱轴线常选用圆弧线,拱上结构多为实腹式。跨度大的采用悬链线,拱上结构常用空腹式。石拱桥常为板拱桥,是最古老的桥型,具有经久耐用、构造简单、施工方法易为群众掌握等优点,在广大农村尤其是石料丰富的山区被广泛采用,但自重大,要求地基有较高承载能力。主拱圈如采用钢筋混凝土拱板并在拱顶、拱脚设铰后,即成为三铰板拱桥。其特点是对地基沉陷、桥台变位适应性好。陕西省采用钢筋混凝土简易铰,施工大为简化,适用于跨度6~15米的生产桥或拖拉机桥。②肋拱桥。拱圈由两条或两条以上分离的平行拱肋组成,相邻拱肋间用横系梁或横隔板联结成整体,拱肋上设置立柱和横梁以支承行车道部分。其特点是混凝土用量省,拱体重量轻,但施工较复杂。一般适用于中等跨度。③双曲拱桥(图3)。主拱圈在纵横两个方向均呈拱形,故得名。主拱圈由纵向的拱肋和横向的拱波、拱板组成,相邻拱肋间又由横系梁或隔板联结成整体。小跨度(15米以下)的拱上结构常为实腹式,大于15米时多做成空腹式。主拱圈轴线可采用圆弧线(小跨度)和悬链线(大跨度)两种。双曲拱桥的特点是承载能力大,比梁式桥节省钢筋,可采用无支架预制装配、分部组合的施工方法,但自重较大,整体性差,易出现裂缝。

图2 板拱桥

图3 双曲拱桥

桁架拱桥 上部结构由桁架拱片、横向连系及桥面三部分组成,并由横向连系将数榀桁架拱片连接成整体结构(图4)。桁架拱片是由上、下弦杆、腹杆和实腹段拼接而成的平面拱形桁架,下弦杆做成圆弧线,二次抛物线或悬链线形,工作时整体受力,具有拱和桁架的特点。农桥一般采用2~3个桁架拱片,间距2米左右。桥面结构形式有横向微弯板、纵向微弯板、预应力空心板、肋液板四种。根据腹杆布置方向的不同,桁架拱桥分为斜杆式和竖杆式两种。斜杆式又有斜压杆、斜拉杆及三角形式三种。竖杆式桁架拱桥较斜杆式腹杆少,造型美观,施工较方便,但刚度与承载力较斜杆式小,故多用于荷载等级低的农桥。荷载等级高的农桥常选用斜杆式。桁架拱桥较双曲拱桥自重轻,更适合于地基承载力低的软土地区。

图4 桁架拱桥

刚架拱桥 中国交通部科学研究院和江苏省无锡县交通局在吸收其它桥型优点的基础上提出的新桥型。其上部构造由刚架拱片、横系梁和桥面系等部分组成。下部结构与桁架拱桥相同。为轻型推力结构,具有杆件少、自重轻、整体性好、施工简便等优点。

漫水桥 为了缩短桥长,节约造价,当洪水历时较短,交通允许短期间断时,可修漫水桥。漫水桥设在河床的河槽部位,具有一定长度的桥孔,用以宣泄部分洪水,其两端通过设于河滩及边滩上的浆砌片石漫水路面与两端道路连接,允许较大洪水短期淹没,漫水桥分中位和低位漫水桥两种。农桥多为低位漫水桥,其桥面标高低于两侧河滩平均标高及河流常年洪水位。洪水漫桥阻车机会较多。常用结构型式有石盖板、钢筋混凝土盖板、钢筋混凝土连续板、石拱漫水桥等。

农桥结构

桥面系 桥面系是直接承受各种荷载的部分。包括行车道板、桥面铺装、人行道、伸缩缝、防水排水设施及栏杆等。桥面净宽一般根据车辆类型、荷载等级及运行要求加以确定。桥面铺装(又称保护层)是车轮直接作用部分,其主要作用是防止车辆轮胎或履带对行车道板的直接磨损并对车轮集中荷载起分布作用。桥面铺装设置纵横坡及泄水管以利排水。铺装层与行车道板之间设防水层,以截住透过铺装层下渗的雨水,并汇集至泄水管排出(小型农桥常省略防水层)。桥两侧根据行人情况设人行道或设高出路面的安全带及栏杆。

下部结构 下部结构是将上部结构传来的荷载传递到地基的结构物,包括桥墩、桥台和基础。位于相邻两桥孔之间的支承结构物称桥墩,其作用是支承上部结构并将传来的荷载通过基础传至地基。位于桥两端用以支承上部结构并连接两岸的路桥衔接构造物称桥台,其作用除与桥墩相同外,还挡土护岸,承受台背路基填土及填土上的荷载。农桥墩台由墩(台)帽、墩(台)身和基础三部分组成。基础主要采用浅基,如地基承载力很低或在深水河床建桥,则常用桩基。

梁式桥墩台。常用型式有重力式、桩柱式及轻型桥台。①重力式墩台:常用于盛产砂石料地区的小型农桥。结构简单,施工方便,但砌石或混凝土用量多,自重大。②桩柱式墩台。由钻孔灌注桩加盖梁组成。桩与盖梁均用钢筋混凝土建造。桥台常做成埋置式。桩柱式墩台适应性较大,尤其适用于表层基土容许承载力较低或缺少石料的平原地区。③轻型墩台。构造特点是利用上部桥面构造及下部支撑梁作为墩台间的支撑,使整个结构成为四铰的刚构系统,从而减小墩台截面。适用于三孔以下且桥高不大的小型农桥。

拱桥墩台。拱桥桥墩常用型式为重力式及桩柱式。与梁式桥墩不同处主要是桥墩承受拱的较大水平推力,故在构造上有以下特点:对于多孔拱桥,为防止一孔因故破坏而使全桥倾坍,每隔3~5孔设一座单向推力墩;对跨度不等的相邻两跨相接处,设置不对称墩,以改善墩体及基底应力状态。拱桥桥台常用型式有重力式U形桥台、轻型桥台、齿坎式及空腹L形桥台等。①重力式U形桥台。由前墙、侧墙和基础板组成。构造简单,施工方便,但自重大,对地基承载力要求较高。②轻型桥台。适用于小跨度拱桥。其下端与相邻桥台或桥墩间设置支撑梁,由于上部结构与下部支撑梁对桥台的支撑作用,故桥台尺寸较小。③齿坎式及空腹L形桥台。适用于河床冲刷小,水位变幅不大的软土地基。前者结构特点是基础底板面积较大,底板下设深齿坎,以满足地基容许承载力的限制及抗滑稳定要求。后者特点是设空腹以减轻桥台重量,桥台埋置深度较大,可充分利用台背土抗力和基底摩阻力以满足抗滑稳定要求。

计算荷载

农桥的计算荷载包括①死荷载。作用位置固定不变的荷载,包括结构各部分的自重、填土重、土压力等。②活荷载。作用位置可以移动的荷载,包括人群荷载、汽车荷载、拖拉机荷载、履带车荷载以及车辆荷载引起的冲击力、制动力及附加土压力等。③其他荷载。包括风荷载、温度及收缩荷载、支座摩阻力、动水压力、漂浮物撞击力、地震力、施工荷载等。农桥结构设计时,应根据结构的型式、所在的部位,考虑荷载同时出现的可能性,进行荷载组合。荷载分主要组合和附加组合两种。农桥车辆荷载等级目前无统一规范规定,中国各地已建农桥所采用的各级计算荷载、验算荷载的标准及荷载图式不尽相同。随农业现代化的发展,农桥荷载将不断提高。为了计算方便,车辆荷载可以用等效的均布荷载代替,这种荷载叫“等代荷载”。所谓等效是指在一定的影响线上用车辆荷载求得的数值,等于影响线面积乘等代荷载之积。