V型支撐橋梁結構體系分析與比較

吳新元

[林同棪國際工程咨詢（中國）有限公司，重慶 401121]

1 概述

V 型支撐橋梁（見圖1）由于其外形輕巧美觀，又有拱的形態，因此適應范圍廣，是中小跨徑橋梁方案設計中最為青睞的橋型之一。

圖1 典型的V 型支撐橋梁

這類橋型雖從外觀看比較類似，但實際結構體系卻不盡相同。有的屬于梁橋，有的屬于連續剛構橋，有的則屬于上承式拱橋。

目前國內外這類橋型按結構體系主要有：空腹連續梁體系、V 型墩-連續梁體系、V 型墩連續剛構體系（或空腹剛架拱體系）和無推力系桿拱體系。其中，前三種為連續梁（或連續剛構）演變而來的梁（拱）組合結構，后一種為有水平體外索的系桿拱橋[1]。

2 空腹連續梁體系

空腹連續梁體系（見圖2）本質上還是連續梁，只是為了降低跨中梁高在中支點處梁底加了一個V 型的斜腿（也可以看成變截面連續梁中支點處梁體腹部挖空），由于有了斜腿的支撐，中跨梁的跨徑減小，從而降低了中跨梁高。

圖2 空腹連續梁體系示意圖

這種結構體系本質上是連續梁體系，所以中間墩不存在整體升降溫的水平推力。由于支座位置較低，為防止洪水淹沒支座，該類體系適合于水位較低或者中間墩設置在岸上的情形，無錫的新揚大橋就是中間墩在岸上的這類結構。

3 V 型墩連續梁體系

V 型墩連續梁體系（見圖3）也可以看作由一般連續梁演變而來的，和空腹連續梁體系不同的是，它是一般連續梁的直柱橋墩演變為V 型橋墩，實際上由三跨連續梁變成了五跨連續梁結構。

圖3 V 型墩連續梁體系示意圖

V 型墩外部是靜定結構體系，整體升降溫不產生推力。具體設計中一般把V 型墩的上拉系桿隱藏在兩片梁之間，從側面看猶如墩梁一體，能夠滿足拱形橋梁景觀的要求（見圖4、圖5）。

圖4 V 型墩造型

圖5 V 型墩連續梁橫斷面圖

目前，國內V 型墩-梁式橋多采用V 型墩連續剛構體系，其技術成熟可靠。但是，對于墩高較低或跨數較多的橋梁，V 型墩連續剛構橋的溫度內力（升降溫差引起的次內力）、收縮徐變內力以及分聯墩對橋梁景觀的不利影響，均限制了該橋型的應用。而V 型墩連續梁體系本質上是連續梁，適用范圍廣，能夠解決以上問題。V 型墩連續梁體系較早地被應用于美國華盛頓特區的新Woodrow Wilson 紀念橋，國內洛陽的希望橋和杭州九堡大橋主橋中間墩也是采用該結構體系。

4 V 型墩連續剛構體系（或空腹剛架拱體系）

目前國內V 型墩橋梁中建造最多的結構體系是V型墩連續剛構體系（見圖6），有的稱為空腹剛架拱體系。該種體系可看成把一般連續剛構體系的橋墩加以演變而來[2]。

圖6 V(Y)型墩連續剛構體系示意圖

為了降低中跨梁高，把一般連續剛構的橋墩換成V 型支撐墩，這樣可以減小中跨的跨徑，從而降低跨中梁高。

該種結構體系中，V 型橋墩的設計是關鍵，結構的整體剛度太大會對結構受力不利，造成本身的投資加大。V 型墩的傾角和墩身厚度均要選取恰當，傾角不宜過小，墩身厚度不宜過大，墩高不宜太矮，跨徑不宜太小，連續跨數不宜太多。傾角過小、墩身過厚、墩高小、跨徑小、分跨多均會造成橋梁結構的溫度內力過大，考慮基礎沉降時結構的次內力又大大增加，使上部設計與下部設計的造價均大大增加，造成橋梁投資不經濟。

當墩高較矮或橋梁跨數較多時，可以考慮采用上節的V 型墩連續梁體系。

當墩高較高或水深較深時，可以考慮把V 型墩做成Y 型墩，這樣既增加了橋墩的柔度，又解決了高低水位時淹沒V 型墩腳對美觀的影響。臺北北二高碧潭大橋和重慶合川涪陵一橋即為Y 型墩連續剛構橋，福建龍溪洲閩江大橋為V 型墩連續剛構橋。

該體系Y 型墩應用于大跨徑橋梁時，常采用懸臂澆注施工，這時可以把Y 型墩的立柱直接伸到梁頂（又叫空腹式連續剛構橋），既可以減少墩頂主梁的跨徑，又便于墩頂段主梁和斜腿的懸臂施工（見圖7）。重慶禮嘉嘉陵江大橋和貴州北盤江特大橋均采用該體系和施工方法。

圖7 墩頂施工示意圖

5 無推力系桿拱體系

上承式無推力系桿拱橋由于體外索系桿平衡了水平推力，特別適合軟土地基的平原地區（見圖8、圖9）。

圖8 無推力系桿拱體系示意圖

圖9 上承式無推力拱橋實景圖

體外索系桿成橋張拉力一般考慮完全平衡恒載的水平推力。體外索在邊跨梁端部錨固時需考慮以后更換的空間。拱上建筑支撐的梁可以是連續或簡支梁[3]。

上承式無推力系桿拱橋造型美觀、獨特，但是受力也比較復雜，特別要注意不同施工階段體外索系桿的施工張拉力調整。

由于體外索長度的限制和連拱的影響，因此上承式無推力系桿拱橋跨數不宜過多。

江山迎賓橋和滁州東陽橋均為該種結構體系橋。

6 不同結構體系的比較

以上四種結構體系在設計中通過局部構造措施均能達到V 型支撐橋梁的造型。但結構體系卻相差很大，結構受力特點和適用范圍也各不相同（見表1）。

表1 四種結構體系的受力特點和比較

7 結語

本文詳細闡述了V 型支撐這類橋梁的四種不同結構體系，分析和比較了不同結構體系的受力特點和適用范圍，為以后設計這類造型橋梁時提供參考。下一步可以考慮V 型支撐橋梁與拱橋、斜拉橋體系的組合拓展。