混凝土梁桥的现状和发展趋势

交通部公路科学研究院 楼庄鸿

[内容提要] 本文介绍了混凝土梁桥的几种主要结构体系，包括简支梁、T形刚构、连续梁和连续刚构，展示了大跨径梁桥中采用连续刚构是必然的发展趋势。文中对连续刚构作了较详细的论述，包括它要解决的特殊问题，主要参数以及其发展趋势，还介绍了国内外几座具代表性的实桥。文中还列出了国内外大跨径连续梁和连续刚构桥的特点及其参数。

关键词：简支梁，T形刚构，连续梁，连续刚构，桁架梁，合龙方式，轻型化

梁桥是我国采用最广泛的桥型。

一、简支梁

中小跨径时，一般都采用简支梁。近年来，随着车速的提高和行车舒适的要求，简支梁逐步发展为由每孔设伸缩缝到采用桥面连续。我国最大的简支梁，是1997年建成的昆明南过境干道高架桥，跨径63m，这是一座桥上的桥，纵向跨越原3孔16m梁桥及桥台，形成63m跨径。已超过跨径62m的浙江飞云江大桥而列中国首位。截面为单室箱，梁高2.5m，为跨径的1/25.2，顶底板厚25cm，腹板30~45cm，比较轻型，纵向束平弯，多数锚固在肋腋范围。在梁的两端设弯起束[1]。

河南省的洛阳、郑州、开封黄河大桥上均采用50m简支梁，其中开封黄河大桥设计成部分预应力混凝土梁。在河南省伊洛河桥上曾采用跨径50m的鱼腹式梁，支点处梁高较跨中梁高小。

国外简支梁的最大跨径为76m的奥Alm桥。该桥采用双预应力，即除设预应力筋外，在截面的另一端设预压力筋，为防止钢筋在受预压力时的压屈，把预压筋的预留孔道作成椭圆形，相邻椭圆形相位差90°。由于双预应力，截面高度小，仅为2.5m，为梁跨径的1/30。双预应力梁端部的局部应力较大，后来日本曾将预压力筋设在离端部一定距离的上翼缘预留槽中，而不设于端部，使局部应力问题趋于缓和。但至今仍用得不多。我国河北滦平县修建了大屯试验桥，3×40m，由5片顶宽2.1m箱梁组成，箱高1.35m。高跨比接近1/30[9]。

目前我国的简支梁，跨径在16m及以上者，都采用预应力结构，有的在13m空心板中，也施加了预应力。鉴于桥面连续较易出现裂缝，趋向于采用结构连续，即采用中等跨径的连续梁、连续刚构，也可先简支、后连续，以提高结构的耐久性，延长使用寿命。

二、T形刚构

20世纪50年代，德国首次采用平衡悬臂施工法建成了跨径114.2m的Worms桥，开创了混凝土梁桥用于大跨径的新局面，T构得到了非常迅速的发展。当时采用箱形截面，梁墩固结，跨中设剪力铰。

运营中发现，跨中设剪力铰的T构，铰处因混凝土徐变下挠而成折角，引起车辆跳动，而且剪力铰也较易损坏。

从此，带铰T构逐步向两个方向发展。在我国主要由带挂梁的T构所替代，最大的为跨径174m的重庆长江大桥。这种结构避免了铰处的折角，化解为折线，有利于行车。但伸缩缝多，牛腿构造复杂，易损坏，施工时除需挂篮设备外，还需吊装挂梁的设备。在国外早期，采用仅中间最大跨跨中设铰，最大跨梁墩固结，其他跨都作成连续梁，利用边跨的连续，增强主跨刚度，减小主跨的变位。在70年代曾得到相当发展。后期也设挂梁，最大的是43跨主跨跨径250m的加拿大Confederation桥，为了防止可能的连续破坏，每隔两孔将挂梁修成连续。T构目前用得较少。

三、连续梁

连续梁适用范围很广，从中小跨径到特大跨径，中小跨径时往往采用搭架浇筑，或先简支、后连续。对大跨径梁桥，随着交通运输的迅速发展，要求行车平顺舒适，多伸缩缝的T构已不能满足要求，于是连续梁得到了迅速的发展。用顶推法施工时，一般限于等截面连续梁。悬臂施工时，往往采用变截面，梁墩临时固结，合拢后将梁墩连续改为支座，转换体系而成连续梁。

大跨径连续梁一般采用箱形截面，可以多跨连续，英国Orwell 桥，全长1288m，均连续。连续梁行车平顺，但需临时固结梁墩和转换结构体系，同时需大吨位的盆式橡胶支座，养护工作量大。

国外最大的连续梁，为跨径260m的挪威Varodd-2桥，我国则为跨径165m的南京长江二桥北汊大桥和宿淮高速京杭运河大桥。变截面连续梁的高跨比，跨中一般为1/30~1/50，支点处为1/15~1/20，边跨与中跨的比值一般为0.6~0.8。

国内外大跨径连续梁见表1、2。

四、连续刚构[2]

连续刚构的特点是梁保持连续，梁墩固结。这样既保持了连续梁无伸缩缝、行车平顺的优点，又保持了T构不需转换结构体系、不需设支座的优点，同时避免了连续梁和T构两者的缺点。因此，连续刚构这种结构近年来得到了较快的发展，可以这样说，采用连续刚构桥是大跨径混凝土梁桥发展的必然趋势。我国跨径180m以上的梁桥，都采用连续刚构。国内外的大跨径连续刚构见表3、4。

由表3 可见，我国混凝土连续刚构桥发展很迅速，自从1988年我国第一座现代连续刚构桥广东洛溪大桥建成以后，国内掀起了一个建设连续刚构的高潮。到2005年，已建的和在建的主跨200m以上的连续刚构有29座，其中主跨240m及以上的有15座，最大的是跨径270m的虎门大桥辅航道桥。主跨250m、总长超过1000m的多跨连续刚构有重庆的黄花园大桥和马鞍石嘉陵江大桥。带有短边跨的有主跨252m的四川泸州长江二桥，其一侧边跨仅有49.5m。即将完工的重庆石板坡长江大桥主跨跨径330m，跨中108m区段采用自重较轻的钢箱梁，形成混合梁连续刚构。

由表4可见，国外混凝土连续刚构桥的主跨已突破300m。挪威修建了不少大跨径连续刚构，Stolma桥主跨已达301m。该国修的一些刚构桥，较多在主跨的跨中区段采用自重较轻的

轻质混凝土，能有效地减少恒载内力，节省材料，值得我们借鉴。

以下我们对连续刚构作较详细的讨论。

（一）连续刚构桥要解决的两个特殊问题

1. 减小温度内力

连续刚构梁墩固结，为超静定结构，尤其是多跨连续刚构，超静定次数较多。为防止温度内力过大，必须采取一定的结构措施。 1）减小墩的抗推刚度，采用双壁墩身

墩的抗推刚度小，温度内力就小。一般连续刚构适用于高墩的场合；如果墩身不够高，也可设计成柔性的桩基，使墩具有较小的抗推刚度。

在墩身的布置上，一般采用双壁墩身，其抗推刚度仅为墩壁绕自身形心轴抗推刚度之和，而不是绕桥墩中心线的抗推刚度，因而较小。双壁墩也可减少梁的负弯矩峰值，而且又有较大的抗弯刚度，除墩壁绕自身形心轴的抗弯刚度之和外，还有更大的双壁形成的抗弯刚度，可以保持桥面的平整。双壁墩身一般为箱形截面，跨径小时于可为矩形截面。美国跨径228.6m的Houston运河桥，则采用了刚性墩，是比较少有的连续刚构墩身形式。 2）连续刚构总长不宜过大

随着设计水平的提高，连续刚构长度不断增大，目前国内最长的连续刚构是黄石长江大桥，跨径是162.5+3×245+162.5m，全长1060m。

为了防止温度内力过大，连续刚构总长不宜过大。在某些场合下，可以采用连续刚构与连续梁相结合的结构体系。我国东明黄河大桥跨径75+7×120+75m，由于墩高仅9.1m，8个主墩中，中间4个墩梁墩固结，为连续刚构；两侧各2个墩上设滑动支座，为连续梁，可以减小温度内力。 2. 防止船只碰撞

江河中的连续刚构双壁墩，通常不能承受船撞力的直接撞击，必须采取措施，防止船只碰撞。

我国的连续刚构桥，曾采用以下几种防撞措施： 1）墩周设人工刚性防撞岛

我国洛溪大桥采用，将Y形沉井下沉后封底，内部填土，既作为桩基的施工场地，又作为防撞结构，确保主墩墩身不直接承受船撞。其缺点是沉井下沉要有一定的时间，桩基施工必须在沉井封底填土后进行，工期较长；而且费用较贵。 2）墩周设柔性消能防撞设施

我国黄石长江大桥采用，在墩周设钢刚架，放置护舷，藉护舷和钢刚架的局部损坏来消能，使消能后作用在主墩上的力能为其承受。

3）分离式防撞岛

我国虎门大桥辅航道桥采用，在墩的上下游处设人工防撞岛，为直径25m的钢围堰，下沉到风化岩面，壁内用填石压浆混凝土。与主墩距离55m。分离式防撞岛在承受设计船撞力时，允许出现一定程度的破坏，日后再行修复，以减少费用。

这种防撞措施最大的优点，是主墩桩基施工与防撞岛无关，可以独立施工，加快工期，但费用仍较贵，可以考虑在某些场合下，仅在墩上游设防撞岛，而使墩的设计能承受逆流而上的较小船撞力，以减低防撞结构的造价。

（二）几座著名的连续刚构桥简介 1. 澳大利亚门道桥

国外澳大利亚修建了两座跨径200m以上的连续刚构桥 ，其中最著名的是1985年建成的门道（Gateway）桥，如图1所示。该桥跨径145+260+145m，保持世界第一达12年之久。该桥墩高47.5m，双壁墩身为三室箱，宽2.5m，壁厚纵向0.5m，横向中壁厚0.5m，外壁厚1m。主梁为单室箱，箱高跨中5.2m，根部15.68m，箱顶宽21.93m，底宽12m。顶板厚0.25m，底板厚跨中0.3m，根部1.8m。腹板厚0.65～0.75m，用C40圆柱体抗压强度混凝土（折合C50混凝土）。连续刚构边跨悬臂与引桥悬出部分（16m）之间，以不约束水平变位的钢箱装置连接。该装置不能传递轴向力，而能承受剪力与弯矩。

图1 澳大利亚门道（Gateway）桥（单位：cm）

2. 挪威Stolma桥和Raftsundet桥

1998年11月，挪威建成两座特大跨径混凝土连续刚构桥：跨径94+301+72m的Stolma桥[4]和86+202+298+125m的Raftsundet桥[5]，如图2、图3所示。前者首次将混凝土梁桥的跨径突破300m，居世界首位。后者位于R=3000m的平曲线上。

这两座桥的共同特点有以下几个： （1）主跨中部采用轻质混凝土

Stolma桥301m主跨中部182m和Raftsundet桥298m主跨中部224m，采用轻