上承式无推力拱形桥梁结构体系分析和比较

吴新元，任宏业

(林同棪国际工程咨询（中国）有限公司，上海市 200092)

1 概述

上承式无推力拱形桥梁（本文指具有类似拱造型的上承式无推力桥梁的统称，下同）由于其结构轻盈美观、特别适合于软土地基的平原地区(见图1)，近年来在国内外已修建多座类似造型的桥梁。这类桥型从外观看比较类似，实际结构体系却不尽相同，有的是真正的无推力体外索系杆拱桥，有的是V型墩结合上部主梁形成的类似拱形造型的桥梁。

图1 典型的上承式无推力拱形桥

目前国内外这类桥型按结构体系分主要有空腹连续梁体系、V型墩-连续梁体系、V型墩连续刚构体系(或空腹刚架拱体系)和无推力系杆拱体系；其中前三种为连续梁(或连续刚构)演变而来的梁（拱）组合结构，后一种为有水平体外索的系杆拱桥。

2 空腹连续梁体系

空腹连续梁体系本质上还是连续梁，只是为了降低跨中梁高在中支点处梁底加了一个V型的斜腿(也可以看成是变截面连续梁中支点处梁体腹部挖空)，由于有了斜腿的支撑，中跨梁的跨径减小从而降低了中跨梁高，见图2。

图2 空腹连续梁体系示意图

这种结构体系本质上是连续梁体系，所以中间墩不存在整体升降温的水平推力。由于支座位置较低，为防止洪水淹没支座，该类体系适合于水位较低或者中间墩设置在岸上的情形，无锡的新扬大桥就是中间墩在岸上的这类结构。

3 V型墩连续梁体系

V型墩连续梁体系也可以看作是一般连续梁演变而来，和空腹连续梁体系不同的是，它是一般连续梁桥墩的改变－直柱桥墩演变为V型桥墩，实际上由三跨连续梁变成了五跨连续梁结构，见图3。

图3 V型墩连续梁体系示意图

V型墩外部是静定结构体系，整体升降温不产生推力。具体设计中一般把V型墩的上拉系杆隐藏在两片梁之间，从侧面看犹如墩梁一体，能够很好的满足拱形桥梁景观的要求，见图4、图5。

图4 V型墩造型

图5 V型墩连续梁横断面图

目前，国内V型墩－梁式桥多采用V型墩连续刚构体系，其技术成熟可靠。但是，对于墩高较低或跨数较多的桥梁，V型墩连续刚构桥的温度内力（升降温差引起的次内力）、收缩徐变内力以及分联墩对桥梁景观的不利影响，均限制了该桥型的应用。而V型墩连续梁体系本质上是连续梁，适用范围广，能够很好的解决以上问题。V型墩连续梁体系较早应用于华盛顿特区的新 Woodrow Wilson纪念桥，国内洛阳的希望桥和杭州九堡大桥主桥中间墩均采用该结构体系。

4 V型墩连续刚构体系(或空腹刚架拱体系)

目前国内V型墩桥梁中建造最多的结构体系是V型墩连续刚构体系，有的称为空腹刚架拱体系。该种体系可看成是把一般连续刚构体系的桥墩加以演变而来，见图6。

图6 V(Y)型墩连续刚构体系示意图

为了降低中跨梁高，把一般连续刚构的桥墩换成V型支撑墩，这样可以减小中跨的跨径从而降低跨中梁高。

此种结构体系V型桥墩设计是关键，结构的整体刚度太大时会对结构受力不利，从而造成本身的投资反而加大。V型墩的倾角和墩身厚度均须要选取恰当，倾角不宜过小，墩身厚度不宜过大，墩高不宜太矮，跨径不宜太小，连续跨数不宜太多。倾角过小、墩身过厚、墩高小、跨径小、分跨多均会造成桥梁结构的温度内力过大，考虑基础沉降时结构的次内力又大大增加，从而使得上部设计与下部设计的付出均大大增加，造成桥梁投资不经济。

当墩高较矮或桥梁跨数较多时可以考虑采用上节的V型墩连续梁体系。

当墩高较高或水深较深时，可以考虑把V型墩做成Y型墩，这样既增加了桥墩的柔度，又很好解决了高低水位时淹没V型墩脚对美观的影响。台北北二高碧潭大桥和重庆合川涪陵一桥即为Y型墩连续刚构桥，福建龙溪洲闽江大桥为V型墩连续刚构桥。

5 无推力系杆拱体系

上承式无推力系杆拱桥由于体外索系杆平衡了水平推力，特别适合于软土地基的平原地区，见图7。

图7 无推力系杆拱体系示意图

体外索系杆成桥张拉力一般考虑完全平衡恒载的水平推力。体外索在边跨梁端部锚固时需考虑以后更换的空间。拱上建筑支撑的梁可以是连续或简支梁。

上承式无推力系杆拱桥造型美观、独特，但是受力也比较复杂，特别要注意不同施工阶段体外索系杆的施工张拉力调整。

由于体外索长度的限制和连拱的影响，上承式无推力系杆拱桥跨数不宜过多。

江山迎宾桥和滁州东阳桥均为该种结构体系桥。

6 不同结构体系的比较

以上四种结构体系在设计中通过局部构造措施均能达到上承式拱的造型。但结构体系却相差很大，结构受力特点和适用范围也各不相同，见表1。

7 结语

本文详细阐述了上承式无推力拱形这类桥梁的四种不同结构体系，分析了不同结构体系的受力特点和适用范围，为以后在设计这类造型桥梁时提供参考。

表1 四种结构体系的受力特点和比较

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