V型支撑桥梁结构体系分析与比较

2022-09-20吴新元

运输经理世界 2022年3期

关键词：跨径拱桥桥墩

吴新元

[林同棪国际工程咨询（中国）有限公司，重庆 401121]

1 概述

V 型支撑桥梁（见图1）由于其外形轻巧美观，又有拱的形态，因此适应范围广，是中小跨径桥梁方案设计中最为青睐的桥型之一。

图1 典型的V 型支撑桥梁

这类桥型虽从外观看比较类似，但实际结构体系却不尽相同。有的属于梁桥，有的属于连续刚构桥，有的则属于上承式拱桥。

目前国内外这类桥型按结构体系主要有：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[1]。

2 空腹连续梁体系

空腹连续梁体系（见图2）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。

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（见图3）也可以看作由一般连续梁演变而来的，和空腹连续梁体系不同的是，它是一般连续梁的直柱桥墩演变为V 型桥墩，实际上由三跨连续梁变成了五跨连续梁结构。

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，能够解决以上问题。V 型墩连续梁体系较早地被应用于美国华盛顿特区的新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也是采用该结构体系。

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（见图6），有的称为空腹刚架拱体系。该种体系可看成把一般连续刚构体系的桥墩加以演变而来[2]。

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。

该种结构体系中，V 型桥墩的设计是关键，结构的整体刚度太大会对结构受力不利，造成本身的投资加大。V 型墩的倾角和墩身厚度均要选取恰当，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，使上部设计与下部设计的造价均大大增加，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。

该体系Y 型墩应用于大跨径桥梁时，常采用悬臂浇注施工，这时可以把Y 型墩的立柱直接伸到梁顶（又叫空腹式连续刚构桥），既可以减少墩顶主梁的跨径，又便于墩顶段主梁和斜腿的悬臂施工（见图7）。重庆礼嘉嘉陵江大桥和贵州北盘江特大桥均采用该体系和施工方法。