桥梁结构的体系包括梁、拱、刚架、吊与组合体系。
1、梁式体系
梁式体系是古老的结构体系。梁作为承重结构是以它的抗弯能力来承受荷载的。梁分简支梁、悬臂梁、固端梁和连续梁等。悬臂梁、固端梁和连续梁都是利用支座上的卸载弯矩去减少跨中弯矩,使梁跨内的内力分配更合理。以同等抗弯能力的构件断面就可建成更大跨径的桥梁。
2、拱式体系
拱式体系的主要承重结构是拱肋(或拱箱):以承压为主,可采用抗压能力强的圬工材料(石、混凝土与钢筋混凝土)来修建。拱分单饺拱、双铰拱,三饺拱和无铰拱。拱是有推力的结构,对地基要求较高,一般常建于地基良好的地区,混凝土拱桥因铰的构造,不易制作,故一般采用无铰拱体系。无铰拱结构的外部增加超静定次数,将引起更大的附加内力,为了获得结构合理的受力状态,在拱桥设计中,必须寻求合理的拱轴线形式。
3、刚架桥
刚架桥是介于梁与拱之间的一种结构体系,它是由受弯的上部梁(或板)结构与承压的下部柱(或墩)整体结合在一起的结构,由于梁与柱的刚性连结,梁因柱的抗弯刚度而得到卸载作用,整个体系是压弯结构,也是有推力的结构。刚架分直腿刚架与斜腿刚架。刚架桥的桥下净空比拱桥大,在同样净空要求下可修建较小的跨径。刚架桥施工较复杂,一般用于跨径不大的城市或公路的高架桥和立交桥。近年来,采用预应力混凝土结构和悬臂施工法,在城市跨河桥上也是一个竟争方案,最大時径已超过200m。
4、组合体系
(1)T 形刚构、连续刚构。这类体系都是由梁和刚架相结合的体系。它们是预应力混凝土结构采用悬臂施工法而发展起来的一种新体系。最大跨度已达 300m。结构的上部梁在墩上向两边采用平衡悬臂施工,首先形成一个T字形的悬臂结构。相邻的两个 T形悬臂在跨中可用剪力铰或跨径较小的挂梁联成一体,即称为带铰或带挂梁的T形刚构。如结构在跨中采用预应力筋和现浇混凝土区段联成整体,即为连续刚构。它们又可派生出不同的组合形式,如采用双薄壁墩或边墩上采用连线梁组合等。不管体系如何组合,它们的上部梁主要是承弯构件。由于采用悬臂施工法,施工机具简单,施工快速,又因结构在悬臂施工时的受力状态与使用状态下的受力状态基本一致,所以省料、省工、省时,这就使结构的应用范围得到了迅猛发展。据统计,在预应力混凝土桥梁中,这类结构体系约占 50%以上。
(2)梁、拱组合体系,这类体系中有系杆拱、桁架拱、多跨拱梁结构等。它们利用梁的受弯与拱的承压特点组合成联合结构。在预应力混凝土结构中,因梁体内可储备巨大的压力来承受拱的水平推力,使这类结构既具有拱的特点,而又非推力结构,对地基要求不高。这种结构施工比较复杂,一般用于城市路河桥上,最大跨长也已突破 300m。
(3)斜拉桥。斜拉桥是由承压的塔、受拉的索与承弯的梁体组合起来的一种结构体系。20世纪 50 年代初,前联邦德国首先修建了钢斜拉桥,梁体用拉索多点拉住,好似多跨弹性支承连续梁,使梁体弯矩减小,降低了建筑高度;又因栓焊连接与正交异性板的箱形断面构造的应用,使结构充分利用材料的受力特性,从而减轻了结构、节省了村料。这种体系因而发展很快,各国竞相采用,最大跨径达1088m。
(4)悬索桥(吊桥)。由梁、吊杆、主缆,塔,鞍座,锚座组成的一个组合体系。它是用钢丝集束或缆梁上的荷载通过吊杆传至主缆,再通过主塔和结构传给地基,最合理地利用了钢丝束的拉伸强度高、重量轻的特点,此桥梁形式是桥梁中跨越能力最大的桥型,最大跨度已达1990m。