1.5 组合桥型

对前述四种基本桥型进行组合，构成共同的支撑体系，就形成了各类组合桥型（见图1-63）。其中，较为典型的有梁—拱体系（很多刚性系梁的系杆拱桥，当系梁刚度很大或拱刚度较低时，都可以认为是拱梁组合体系）、斜拉—悬索体系（并联方式：斜拉和悬索同时支撑同一跨，如贵州乌江大桥；串联方式：斜拉和悬索支撑不同跨，如常州龙城大桥）、斜拉—梁体系（矮塔斜拉桥，如重庆嘉悦大桥）、斜拉—拱体系（如马来西亚Seri Saujana桥）、梁—拱—悬索体系（如无锡五里湖大桥）等组合结构桥型的产生与发展，进一步发挥了各类桥型的优点，使桥梁结构设计、施工、维修更趋合理，并具有全寿命经济性。组合桥型发展历程如图1-64所示。

（1）梁—拱体系。

梁拱组合桥梁整体结构轻盈，线条简明，美观效果突出，且具有梁桥和拱桥的力学特性。在60～200 m跨径范围内，梁拱组合桥梁造价低、施工方法成熟，是最具有竞争力的桥型之一。梁拱组合桥结合主梁抗弯和拱肋抗压受力特点，依靠主梁预压应力或水平系杆平衡拱肋水平推力，其结构下部不产生或仅有很小水平推力，降低了其对地基要求，解决了地基条件较差地区修建拱桥的难题。

组合体系拱桥的概念最早出现在欧洲。1858年，奥地利人兰格尔（Josef Langer）获得了刚性梁柔性拱的系杆拱桥专利。19世纪末，德国易北河上建造了一座跨度为96.35 m的10跨透镜形弦杆铁路桥，成为所谓洛泽桥（Lohse Trager）的先驱。尼尔森（O.F.Nielson）最早提出采用斜吊杆代替竖直吊杆的设想，以大幅度提高结构刚度，并于1929年在瑞典获得专利。第二次世界大战后，电子计算机问世，钢筋混凝土技术趋于成熟。各国都先后展开了组合体系拱桥方面的研究，梁拱组合体系桥才得以进入高速发展期，建成了德国的费马恩松德（Fehirnarmsund）桥（见图1-65）、美国的弗里蒙特（Fremont）桥（跨度达到382.6 m）、日本的新滨寺桥等。

相比之下，国内的组合体系拱桥发展就起步比较晚。国内第一座梁拱组合体系桥建于1922年，位于京津公路上的天津杨村双龙桥是一座三孔跨径分别为20 m的下承式钢筋混凝土梁拱组合体系桥。新中国成立后，国内又先后修建了多座梁拱组合体系桥，如跨越蓟运河的宁河桥，以及1958年建成的江苏扬州大运河桥、山东省临清卫运河桥、武城卫运河桥。20世纪八九十年代以后，我国科学技术迅速发展，桥梁设计理论取得很大进步。各种各样的组合体系桥相继出现。对各种组合体系桥梁相关的研究也渐渐多了起来。进入21世纪后，我国的公路与铁路交通发展更是瞬息万变，而桥梁作为跨越障碍的结构，不仅仅对它提出了交通功能上的要求，也提出了美学外观上的要求。许多新型梁拱组合体系桥被建造出来，如2004年建成的无锡五里湖大桥、2005年修建的青藏铁路拉萨河大桥、2009年建成通车的重庆朝天门长江大桥（见图1-66）及2015年竣工的重庆菜园坝长江大桥等。21世纪新修建的梁拱组合体系桥在结构受力方面获得了系统的优化，跨度上得到很大提升。在桥梁多样化发展中，梁拱组合体系桥梁是一种必不可少的桥型。

（2）斜拉—悬索体系。

斜拉悬索组合桥相较于斜拉桥取消了跨中部分的长斜拉索，降低了索塔高度；相较于悬索桥取消了桥塔附近的长吊索，减小了锚碇体积。斜拉桥和悬索桥两者的优势得以发挥，不仅使桥梁的跨越能力得以提升，也使结构刚度及整体稳定性得到了提高。同时，降低了施工和运营阶段的风险，能够获得显著的经济效益。研究显示，在现有技术水平下，结合斜拉悬索组合桥的结构特点，混凝土斜拉悬索组合桥跨径可以接近1 000 m，钢斜拉悬索组合桥的跨度则有望突破3000 m，很有可能借此解决跨海大桥的跨度难题。

斜拉—悬索协作体系桥的发展经历了无数桥梁设计师的努力，先后形成了罗勃林体系、迪辛格体系、斯坦因曼体系及林同炎体系等多种极具创新的桥梁结构体系。美国的罗勃林于1883年设计建成了世界上最早的斜拉—悬索协作体系桥——布鲁克林桥，但是因为这座桥并没有进行详细的计算分析，因此并非真正意义上的斜拉—悬索协作体系桥，不过依然可以算是首次成功的尝试。1938年，德国的迪辛格提出了一种新的设想，将悬索桥部分和斜拉桥部分分成两个相互独立的部分，悬索体系采用地锚式悬索桥，中跨中间部分的荷载由悬索体系承担，而自锚式斜拉体系则承担边跨和中跨两侧靠近桥塔位置的荷载。随后1953年，在意大利墨西拿海峡大桥的桥梁方案设计中，斯坦因曼提出了一种从悬索体系的主缆集中到桥塔根部的斜向拉索。这种拉索能够增大主缆的拉力，从而提高主缆的刚度。随着越来越多的专家和学者在斜拉—悬索协作体系桥方面的理论和计算的不断研究，更多新颖独特的斜拉—悬索协作体系桥结构形式被提出。相关数据表明，主跨超过1 000 m的超大跨径设计方案占了约一半，足以看出该组合体系桥在大跨度方向的竞争力与潜力。

（3）斜拉—连续梁（刚构）体系。

矮塔斜拉桥，又称部分斜拉桥，是介于斜拉桥和连续梁（刚构）之间的一种组合体系桥型。矮塔斜拉桥兼有预应力混凝土斜拉桥和预应力混凝土连续梁桥的双重力学特性，具有结构受力合理、桥型美观、跨径布置灵活、施工方便、经济性好等优点。以主梁的受弯、受压和索的受拉来承担竖向荷载，矮塔斜拉桥的总刚度等于拉索刚度与主梁刚度之和，其刚度比值反映了索和梁分别承担竖向荷载的大小，在跨径100～300 m范围内具有很强的竞争力。

普遍认为，由Christian Menn设计的建于1980年的甘特（Ganter）大桥，是斜拉—连续梁（刚构）体系桥的先驱，其混凝土箱型梁由预应力混凝土斜拉板“悬挂”在非常矮的塔上，形成了斜拉桥的一个分支——板拉桥。1988年法国工程师Jacgues Mathivat在设计位于法国西南的阿勒特·达雷（Arre't Darre）高架桥的替代方案时，首次明确提出矮塔斜拉桥的概念。1990年，德国的Antonie Naaman提出了一种组合体外预应力索桥，体外索的一部分伸出主梁之上，锚固在墩顶处主梁上的钢柱上。这种体系与法国Jacgues Mathivat的方案十分类似。日本1994年建成了第一座真正意义上的矮塔斜拉桥——小田原港（Odawara Blueway）桥（见图1-67），跨度为（74＋122＋74）m，桥面宽13.0 m，双塔双索面，塔、梁、墩固结，拉索通过塔顶的鞍座后锚固在主梁上。其后这种桥在日本得到迅速发展，先后建成了屋代南北铁路桥、冲原桥、蟹泽大桥、新唐柜大桥等。除此之外，菲律宾于1999年建成了第二曼达麦克坦大桥，主跨为185 m，桥面宽21 m；老挝也于2000年建成了巴色桥，跨度为143 m，桥面宽11.8 m。美国于2006年在珍珠港建成一座矮塔斜拉桥，主桥全长308.7 m，主跨157.0 m。我国矮塔斜拉桥起步较晚，但一开始就令人瞩目。2000年建成的芜湖长江大桥（见图1-68）是一座公铁两用的钢桁梁矮塔斜拉桥，主桥为（180＋312＋180）m，是目前为止世界上跨度最大的矮塔斜拉桥，也是世界上首次采用钢桁梁作主梁。2001年建成的福建漳州战备大桥，主梁为预应力混凝土箱梁，孔跨径布置为（80.8＋132＋80.8）m。此后，矮塔斜拉桥在国内发展很快，厦门同安银湖大桥、兰州小西湖黄河大桥等相继建成，标志着国内矮塔斜拉桥技术已日臻完善。

（4）斜拉—拱体系。

斜拉—拱是桥梁工程界最近几年才出现的新桥形，是由拱肋、桥塔、斜拉索、吊杆和桥面系构成的组合体系结构。它是一种以拱结构受力为主，辅以斜拉索受力的组合桥。它的主要受力构件为拉索、拱肋、桥塔，斜拉拱的拉索和拱肋就像斜拉桥的拉索和加劲梁一样永久组合在一起共同受力。斜拉拱桥既展示了拱桥、斜拉桥的特点，又使得两种桥型的优点得到了相互补充。拱的存在增加了斜拉桥式的刚度，且斜拉桥体系本身的桥塔高度又可以降低。主塔的存在，既是斜拉索依附的主体，还能在施工中作为扣索塔架和缆索吊装塔架的支撑体系，降低了结构施工的难度。斜拉索协助主拱受力，可起到调整拱肋轴线、改善结构刚度及减少主拱推力的作用。

目前，世界上已建成的第一座斜拉拱即2002年马来西亚吉隆坡普特拉贾亚城修建的跨径300 m中承式斜拉拱组合桥（Putrajaya桥，见图1-69）。我国于2006年建成第一座斜拉拱桥——湖南省湘江四桥主桥（见图1-70）。该斜拉拱桥为120 m＋400 m＋120 m斜拉飞燕式钢管混凝土拱桥，是组合桥梁结构形式的又一次尝试。它将现代的斜拉桥和古典的拱桥有机地结合在一起，与马来西亚的Putrajaya桥的不同之处主要在于，它将斜拉索直接扣于拱肋上面，而不是系在桥面上。

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