组合体系桥主要类型

壹/预应力混凝土梁拱组合体系桥

贰/部分斜拉桥

叁/刚构－连续组合梁桥

肆/桁架拱和刚架拱等其他体系桥

• 梁拱组合体系桥是产生最早和应用最广的一种组合结构。它将梁桥与拱桥进行有机组合，利用梁的轴向拉力来平衡拱的水平推力，结构总弯矩主要表现为梁受拉、拱受压的形式，剪力则主要成为拱轴力的竖向分力。

• 梁拱组合体系桥是目前组合体系桥梁中较为常见的一种，它的雏形在100 年以前就产生于设计者的大胆试验中。

• 紧接着1858 年，奥地利人兰格尔获得了刚性梁柔性拱的系杆拱桥专利。在19 世纪末期，洛泽拱桥的先驱——透镜形弦杆铁路桥在德国的易北河上成功建造了，其主跨为96.35m，总共有10 跨。

• 我国首座公路梁拱组合体系桥是天津杨村（今武清县）的双龙桥，其建于1922年，是一座跨径20ｍ的３孔钢筋混凝土下承式梁拱组合体系桥。

• 随后，我国在20世纪五六十年代又先后修建了一些梁拱组合体系桥，八九十年代之后，随着经济的发展和桥梁设计理论的进步，各种形式的梁拱组合体系桥不断在我国涌现。

• 21 世纪初，金成棣( 2000) 教授用了大量的精力来研究梁拱组合体系桥的施工和设计。

• 刘世忠等( 2009) 运用自行设计的SMAD 有限元软件，建模和分析了具有V 型桥墩的刚构梁拱组合体系桥的受力，并对其进行了优化。最终对于其所具有的温度应力、收缩徐变内力和预应力带来的不利影响，给出了解决方案。

• 梁拱组合体系桥形式多样、种类繁多，根据不同的分类标准可以划分为不同的类型。
  

• 根据拱肋与加劲梁的相对抗弯刚度的大小，一般将梁拱组合体系桥分为柔梁刚拱、柔拱刚梁、刚梁刚拱，他们的区别如下图，同学们可以自己体会。

  
  

柔梁刚拱

柔拱刚梁

刚梁刚拱

a.简支梁拱组合体系桥

• 简支梁梁拱组合体系桥，其只适用于下承式桥。国内建成的代表性的此类桥梁有主跨202ｍ的辽宁丹东月亮岛大桥，以及主跨190ｍ的杭州钱江四桥（又名复兴大桥）
  

• 结构特点：简支梁上设置加强拱，梁端结点刚接，梁拱间布置吊杆。

• 力学特点：外部静定结构，内部超静定结构。

• 其他特点：跨度远大于简支梁，梁的拉力与拱内水平分力组成力矩平衡截面内弯矩。

b.悬臂梁拱组合体系桥

• 结构特点：相当于空腹单悬臂梁桥；外部为静定结构；与单悬臂梁桥比，自重小，跨径大,一般适用经济跨径在40～80m；有铰或挂梁，有伸缩缝，行车不利，不宜用于交通繁忙的线路。

  适用条件：上承式，经济跨径40～80m，承担轻、中交通量。
  

c.连续梁梁拱组合体系桥

• 结构特点：以连续梁为基体，采用拱来加强。

• 力学特点：外部超静定结构；拱分担梁的弯矩；拱轴力的垂直分力分担梁的剪力 。

• 结构类型：上承式、中承式、下承式

上承式

中承式

下承式

• 由于版面原因此处介绍一类单承载面下承式连续梁拱组合体系桥。
  

• 梁拱组合体系桥根据其拱肋数量的不同，可以是单肋拱、双肋拱或多肋拱与加劲梁的组合。

• 早在20世纪60年代初，高速公路桥中就出现了仅在中央分隔带上设置一片拱肋的单承载面桥梁结构，其形式简洁美观，材料用量节省，施工方便，经济效益显著。

• 单承载拱面设在中央分隔带不但有利于行车安全，同时给行车者带来宽广无阻的舒畅感。

• 1976年，日本大阪府修建了一座跨度为175ｍ，梁高2.15ｍ，桥宽为34.5ｍ的单拱面系杆拱桥，主梁为栓焊钢箱梁结构。

• 1994年建成通车的广东开平大桥是我国首座单承载面的梁拱组合体系桥，该桥为三跨单拱面预应力混凝土系杆拱桥，主跨60ｍ，边跨40ｍ，系梁采用多室箱梁结构。

随后，我国建成的单承载面梁拱组合体系桥还有浙江省义乌市主跨80ｍ的宾王桥和浙江省宁波市主跨120ｍ的琴桥等。

• 由于考虑了吊杆的非保向力效应对拱桥稳定性能的重要影响，单承载面梁拱组合体系的应用越来越广。目前已建成的单承载面梁拱组合体系桥大多为简支梁拱组合体系，单承载面下承式连续梁拱组合体系桥在我国修建的还不是很多，且多为铁路桥梁。单承载面下承式连续梁拱组合体系桥是一种极具特色的桥梁结构形式，其以连续梁为基体，在梁的上方用单片拱肋来加劲梁的受力，从而形成空腹式变截面连续梁，它具有如下优点：

  １．单承载面的结构只在行车道中间设置一个拱肋，结构轻巧，视野开阔，有利于行车安全，同时主梁必须配置箱形加劲梁，以其强大的抗扭刚度抵抗偏载的影响；

  ２．拱分担了梁的荷载，整个结构构件基本为拉压构件，材料利用率高，克服了连续梁桥材料指标商的缺点；

  ３．拱肋产生的水平推力由主梁承担，降低了对地基的要求，能够很好地适应地形，同时梁位于拱肋下方，降低了桥面高度，减小了桥梁长度；

  ４．拱压力的竖向分力分担了连续梁的剪力，因此剪力不再成为连续梁强度的控制条件；

  ５．主梁内的纵向预应力索主要用来平衡拱对梁产生的水平拉力，因此往往采取通长直束的形式，不仅可以减少预应力的摩阻损失，节省锚固设施，降低工程造价，同时简化了张拉施工工艺；

  ６．由于边跨的影响，单承载面下承式连续梁拱组合体系桥较相应的简支梁拱组合体系行车更加平稳舒适

a.定义

• 部分斜拉桥是一种介于连续梁与斜拉桥之间的新型桥梁，属于梁与斜拉索的组合体系。

b.结构特点

• （1）塔高较矮。拉索倾角较小，拉索为主梁提供较大的轴向力。并且拉索尽可能密集地通过塔柱的上部区域，塔上不设锚固端。一般塔高可取主跨的1/8-1/12。

• （2）以梁为主，索为辅，梁体高度大约是同跨径梁式桥的1/2倍或斜拉桥的2倍。

• （3）梁上无索区较之一般斜拉桥要长，还有较明显的塔旁无索区段。

c.力学特点

• 主缆弯矩比同跨连续梁小，同时要承受拉索传来的压力；斜拉索应力变化幅度小， 可不考虑疲劳问题；结构整体刚度大，变形小。

• 适用性：塔高较矮，施工方便，经济跨度：100～300m

d.部分斜拉索的类型

• 斜拉索的布置方式有以下几种。

e.国外与国内部分斜拉桥发展概况

国外部分斜拉桥一览表

国内发展概况

f.最新发展动向

     高塔型部分斜拉桥拉索水平夹角大,承担竖直荷载的比例大,能更充分发挥斜拉索的抗拉性能,该桥型是未来部分斜拉桥的一种发展趋势。

    例如以下几种。

连续组合梁桥基本概念：连续梁桥和连续刚构桥的组合。在连续钢桥某些刚度较大的矮墩上布置活动支座，释放位移，就成为了刚构－连续组合梁桥。

优势：利用柔性高墩和墩顶活动支座来适应结构由预加力、混凝土收缩徐变引起的位移和结构次内力。

发展历程1993年，我国建成第一座预应力混凝土刚构－连续组合梁桥――山东东明黄河公路大桥（75＋7×120＋75）m。

a. 桁架拱桥

• 桁架拱桥是指中间用实腹段，两侧用拱形桁架片构成的拱桥。桁架拱片之间用桥面系与横向联结系(横向撑架、剪刀撑)连接成整体。特点是实腹段与两侧拱形桁架片起着拱的受力作用，拱脚有水平推力可减小跨中弯矩；这种桥比一般带拱上建筑的肋拱桥受力合理，可节省材料，减小自重，适用于地基较差的场合。

  
  

b. 刚架拱桥

刚架拱桥是指外形似斜腿刚架的拱桥。由刚架拱片、横系梁与桥面系组成。刚架拱片是拱肋与拱上建筑组成整体的承重结构，立面上略呈拱形，其间用横系梁和桥面系连接成整体共同受力。这种桥较其他类型拱桥构件少，自重轻，材料省，适用于地基较差的桥位处。

桁架拱桥与刚架拱桥的对比

建议与展望

• 本文针对梁拱组合体系桥、进行了产生、发展、存在问题以及前景的综述。从每种桥型的构想产生到第一座成桥建成，从发展到前景，系统的描述和构建了组合体系桥领域的框架。
  

• 目前是我国桥梁建设和发展的过渡阶段，组合体系桥开始受工程师们的青睐，既能有梁的特点能承受较大拉力，又有拱的特点承受荷载潜力大的梁拱组合体系桥; 不用修建庞大锚锭和隧道锚，且依然具有悬索桥美观等优点的自锚式悬索桥; 跨越能力大、主梁刚度大、成本低的矮塔斜拉桥就开始出现在人们的视线之内。

• 但是仅有梁拱桥是远远不能不满足人类对桥梁事业发展的需要的。我们还需要在桥梁的现有结构、外形、材料上下功夫，将受力特点不同的基本体系合理的组合起来，使桥梁的主要的承重构件能具有较为合理的使用状况，并提高其美观性、跨越能力、耐久性等能力。

• 针对目前高铁技术的大发展和跨江、跨海的大跨径桥梁的大修建，组合体系桥的研究和发展应该更加往这些方面靠拢，满足国家和人民的要求。