7 桥梁工程
本章导读：
●基本要求 了解桥梁的基本概念、作用及其建设发展情况；了解桥梁组成与分类，桥梁工程实施阶段划分及工作内容；了解桥梁结构体系、构造设计与施工。
●重点 桥梁基本概念、发展历程以及结构体系与构造。
●难点 桥梁结构体系与构造。
7.1 概 述
桥梁是土木工程的重要组成部分，桥梁是人类文明的产物，是人类社会进步与发展的重要标志。在人类生存与发展最基本的需求中，桥梁是为“行”服务的，同时也与战争、宗教、戏剧、民俗等存在千丝万缕的联系。
桥梁是指跨越江河、湖泊、山谷、海峡和道路等障碍使道路连续的人工构造物。桥梁是架空的路，通过它让行人、车辆、渠道、管线等顺利、安全通过。桥梁在道路交通及城市建设中起作控制性作用，所以，桥梁被称为“道路咽喉”。
桥梁既是一种功能性的结构物，更是一座立体的造型艺术工程。桥梁往往成为一个城市或一个国家（地区）的象征。
7.1.1 古代桥发展简况
桥梁出现与自然有关，从倒下而横卧在溪流上的树干，衍生建造梁桥的想法（见图7.1）；从天然形成的石穹、石洞，萌发修建拱桥的想法（见图7.2）；受崖壁或树丛间攀爬和飘荡的藤蔓的启发，导致索桥的出现。
图7.1
图7.2
桥梁出现于新石器时代中晚期，距今已有7 000余年的历史。按照时间顺序，最早诞生的是木桥，接着是石梁桥、浮桥、索桥以及拱桥。中国建于公元前1075—公元前1046年商纣的钜桥（多孔木梁骆驰虹桥）比古罗马建于公元前630年的桩柱式木桥早400年左右。首次出现于公元前965年的浑脱浮桥要比国外早472年。石拱桥的出现则比古罗马晚近500年，西班牙的6孔阿尔坎塔拉（Alcantara）石拱桥跨径达到28 m，比建于公元605年的中国赵州桥（见图7.3，主跨37.02 m）早507年。1779年英国建成主跨30.65 m的铸铁拱桥——科尔布鲁克代尔（Coalbrookdale）桥，结束了西方仅用木石造桥的历史。中国在公元581年—公元600年间建造了云南巨津铁桥，比西方结束木石造桥要早1 200年，但其发展远不如西方快。中国在1631年建成了贵州北盘江铁索桥，为西方建造铁索桥起到了示范作用，虽然西方在1741年（英国）才建成第一座铁链桥，但随后的发展远快于中国，1883年建成的美国纽约布鲁克林486 m的公路悬索桥（见图7.4）开启了现代悬索桥建设的先河。
图7.3 中国赵州桥
图7.4 美国纽约布鲁克林桥
7.1.2 中国近代桥梁的建设与发展
1840年的鸦片战争失败后，中国沦为半殖民地半封建的弱国，桥梁建设发展受到严重制约，为数很少的桥梁主要由西方列强派遣的工程师进行设计与施工。
在铁路桥梁方面，1888年由英国人金达设计，比利时公司施工的蓟运河桥（主跨62 m）是中国第一座具有近代水平的铁路钢桥。1905—1909年，中国工程师詹天佑主持设计建造的京张铁路以及怀来桥等桥梁获得成功，震惊西方工程界。代表性铁路桥梁有：1894年建成的京山县滦河桥（钢桁梁，主跨61 m），1911年建成的陇海线伊洛河桥（双悬臂钢桁梁，主跨90 m），1934年建成的松花江桥（我国首座公铁两用桥），1936年建成的粤汉线系列拱桥（钢筋混凝土拱桥，中国工程师设计建造），1937年9月由茅以升主持建成的钱塘江大桥（见图7.5，中国自行设计建造，1937年12月因抗战需要而炸毁，1946年抗战胜利后才得以修复）。
在民国初期，临时大总统孙中山就积极倡导修建公路，但由于国家内乱、日本侵略等影响，公路桥梁发展十分缓慢，其发展主要体现在：建设了一批具有中国特色的石拱桥，如1922年建造的12孔跨径6.1 m的山西文峪河桥，为当时最大规模的石拱桥。各地建造、改造了一批木桥，并形成了各自的特色。各地开始修建钢筋混凝土桥梁，1925年安徽建成首座跨径16 m的钢筋混凝土连续梁桥；1940年，四川建成首座近代新型钢筋混凝土双悬臂梁公路大桥——通川桥（全长301 m，主跨20 m）。针对山区大跨径桥梁需要，修建了少量钢桥和悬索桥。
近代城市桥梁随着城市的迅速发展与城市交通的日益增长不断发展，出现了一批颇具特色的桥梁。1856年建成上海苏州河外白渡木桥，由于该桥不能满足交通需要，1906年拆除并由英国公司新建了外白渡钢桥（见图7.6），至今仍在使用。1887—1926年，天津在海河上相继建成6座钢结构开启桥，尤以万国桥最具特色。1929年建成的南京中山桥是中国桥梁工程师独立设计施工的代表性桥梁之一。
图7.5 钱塘江大桥
图7.6 上海外白渡桥
7.1.3 推动现代桥梁发展的新技术
预应力技术及施工方法的成熟、斜拉桥的复兴以及钢箱梁悬索桥的问世等，是世界桥梁工程发展中具有标志性的新技术，为现代桥梁工程的发展奠定了基础。主要包括：
1955年，德国工程师斯特沃尔德（Finsterwalder）运用预应力混凝土技术首创无支架悬臂挂篮施工技术，在Baldnistin建成拉恩（Lahn）河桥（主跨62 m）。
1950年代初，德国莱茵哈特（Leonhardt）教授创造了以各向异性钢桥面板代替战前钢桥上普遍采用的钢筋混凝土桥面板，减轻了自重，为现代钢桥向大跨度发展创造了条件。
1956年，德国工程师迪辛格尔（Dishinger）在瑞典建成第一座现代斜拉桥——主跨为182.6 m 的Strömsund桥。随后，莱茵哈特教授首创斜拉桥施工控制的“倒退分析法”。
1959年，德国Strabag AG公司的Wittfoht首创用下承式移动托架（Vorschubrüstung）的施工方法建造了凯蒂格尔坡坑（Kettiger Hang）桥，以后又从托架上的现场浇筑混凝土发展成预制节段拼装的工法。
1959—1962年，莱茵哈特教授等发明顶推法施工新技术，并于1964年建成了世界第一座用顶推法施工的总长500 m的委内瑞拉切里尼（Cerini）桥。
法国工程师Muller于1964年在全长3 km的奥雷隆（Oleron）跨海大桥中首创用上层移动支架（又称造桥机）进行预制节段的悬拼施工。
1971年，法国工程师Muller将德国首创的钢斜拉桥和法国的预应力技术相结合，设计建造了采用预应力混凝土桥塔和桥面的单索面斜拉桥——主跨320 m的Brottone桥，同时首创了万吨级的盆式支座和千吨级的成品拉索。
1960年代，英国Freeman& Fox公司的总工程师威克斯（Wex）所设计的主跨为988 m的塞文（Severn）桥，开创了流线形箱梁桥面悬索桥。目前世界最大跨悬索桥为建于1998年的日本明石海峡大桥（见图7.7），主跨达1 991 m。
图7.7 日本明石海峡大桥
图7.8 瑞士甘特（Ganter）桥
瑞士Menn教授在1970年代创造了连续刚构桥新桥型，并于1979年建成了世界第一座预应力混凝土连续刚构桥——瑞士Fegire桥（主跨107 m）。1980年，首创世界第一座矮塔斜拉桥（板拉挢）——主跨174 m的瑞士甘特（Ganter）桥（见图7.8）。
7.1.4 中国现代桥梁的建设与发展
中国现代桥梁建设发展经历了百废待兴时期，经济困难时期，“文革”灾难时期，改革开放时期以及经济腾飞时期。
新中国建立初期，国家百废待兴，桥梁工程建设也在其中。武汉长江大桥建设设想始于1913年，历经多次勘察设计，直至1957年在苏联专家的协助下建成长江第一桥——武汉长江大桥（见图7.9，主跨128 m钢桁梁桥，公、铁两用）。1955年和1956年，铁路与公路部门相继引进预应力技术，并设计建成陇海线新沂河桥（23.9 m预应力混凝土简支T梁）和京周公路哑巴河桥（20 m预应力混凝土简支T梁），目前预应力混凝土简支T梁已成为20～50 m梁桥的主要桥型。从1956年开始，石拱桥得到快速发展，1959年建成的湖南黄虎港桥跨径达到60 m，为该时期中国最大跨径石拱桥，同期建成的主跨63 m的河南唐河片石混凝土拱桥使中国圬工拱桥首次突破60 m。1950年代中国修建了一批悬索桥，1956年建成的四川金沙江桥跨径达92 m，为中国第一座斜缆式吊桥。
1960—1966年，中国处于经济困难时期，由于缺少资金及建材，圬工拱桥成为公路桥梁主要选用的桥型。1961年建成的112.5 m的云南南盘江长虹桥（见图7.10）使中国石拱桥首次突破100 m。1960年代，无锡建桥者发明了用料省、施工快速方便的双曲拱桥，并迅速得到推广，建成的河南前河桥跨径达150 m，目前仍为同类最大跨径。在该期间建成的南京长江大桥成为中国桥梁工程师的骄傲。1965年建成的主跨50 m的河南五陵卫河桥为中国第一座预应力T型刚构桥。
图7.9 武汉长江大桥
图7.10 云南长虹桥
在“文革”灾难时期，中国的工农业生产濒临瘫痪，资金和材料供应困难，桥梁建设发展受到影响。然而在该时期创造出了桁架拱桥和刚架拱桥新桥型，并得到推广；1975年建成了中国第一座试验性斜拉桥——主跨75.84 m的重庆云阳云安桥（见图7.11，现因三峡水库蓄水拆除）。1980年建成主跨174 m的T型刚构桥——重庆长江大桥（目前仍为世界同类最大跨径桥梁）。
图7.11 重庆云阳云安桥
图7.12 汕头海湾大桥
1979—2000年，中国进入改革开放时期，经济社会迅猛发展，桥梁建设也进入了快速发展时期。斜拉桥得到广泛推广，1982年建成的济南黄河公路斜拉桥（主跨220 m）成为中国早期斜拉桥建设的里程碑。预应力混凝土连续梁桥建设进入高潮。1991年建成的主跨400 m的斜拉桥—上海南浦大桥标志着中国自主建设大跨径桥梁的开始，为中国桥梁在1990年代崛起奠定了基础。1994年建成的主跨452 m的广东汕头海湾大桥成为中国第一座现代悬索桥（见图7.12，混凝土加劲梁），1997建成中国第一座现代钢悬索桥——主跨888 m的广东虎门大桥。1997年建成重庆万州长江大桥将世界混凝土拱桥最大跨径从390m（南斯拉夫KRK桥）提高到420 m，至今仍为世界同类桥梁最大跨径。从1991年开始，钢管混凝土拱桥在中国得到迅猛发展，2005年建成的主跨460 m的重庆巫山长江大桥至今仍为世界最大跨径钢管混凝土拱桥（见图7.13）。2008年建成世界第一座超千米的斜拉桥——主跨1 088 m的苏通大桥（见图7.15），成为世界斜拉桥建设新的里程碑。2006年建成的重庆长江大桥复线桥（见图7.14）将世界连续刚构桥最大跨径从301 m（挪威stolma桥）提高到330 m，成为世界同类桥梁跨径新纪录。主跨1 650 m的浙江西侯门大桥建于2009年，该桥跨径居世界第二，为世界上最大跨度的钢箱梁悬索桥。2009年建成的主跨552 m的钢桁拱桥——重庆朝天门长江大桥（见图7.16），为世界最大跨径拱桥。
总之，中国桥梁建设已走上复兴之路，正在从桥梁大国迈向桥梁强国。
图7.13 重庆巫山长江大桥
图7.14 重庆长江大桥复线桥
图7.15 苏通大桥
图7.16 重庆朝天门长江大桥
7.2 桥梁的组成与分类
7.2.1 桥梁的组成
桥梁由桥跨结构（上部结构）和下部结构组成，如图7.17所示。
图7.17 桥梁组成
桥梁桥跨结构是道路遇到河流、海峡、山谷、道路等障碍中断时的跨越结构物，由主结构（梁式、拱式、斜拉、悬索等）和桥面系组成。其中桥面系包括：
①行车道铺装（也称桥面铺装）：设置于行车道上，用于防止桥梁主结构受到磨损，同时起到分散车轮荷载的作用。
②人行道：设置在桥面两侧，供行人使用。
③栏杆（或防撞栏杆）：设于桥面或人行道边缘，用于保护行车、行人安全。
④排水防水系统：排水系统用于迅速排除桥面积水；防水系统用于防止桥梁主结构受到渗水侵蚀。
⑤伸缩缝：设于桥跨结构之间和桥跨结构与桥台端墙之间，用于保证桥跨结构在各种因素作用下的自由变位。
⑥照明设施：设置于城市桥梁上，用于桥梁夜间照明。
桥梁下部结构包括：
①桥墩：设于河中或岸边，用于支撑桥跨结构。
②桥台：设于桥梁两端，用于支撑桥跨结构，并起桥台后路堤挡土墙作用
③基础：设于桥墩、桥台底部，将经桥墩、桥台传下的荷载传至地基。
④支座系统。设于桥跨结构与桥墩、桥台之间，将上部结构荷载传至桥墩、桥台，同时保证桥跨结构在各种因素下自由变位的功能。
7.2.2 桥梁的分类
根据不同的观测点，桥梁具有多种分类方式：
①按用途不同，桥梁分为公路桥、铁路桥、公（路）铁（路）两用桥、农用桥、人行桥、渡槽桥等。
②按照桥梁全长和跨径不同，并根据现行桥梁规范，桥梁分类见表7.1。
表7.1 桥梁按全长和跨径分类
③根据桥梁主要承重结构所用材料的不同，桥梁分为圬工桥梁（包括砖、石、混凝土）、钢筋混凝土桥梁、预应力混凝土桥梁、钢桥和木桥等。
④按照跨越障碍的性质分类，桥梁包括跨河桥、跨线桥、立交桥、高架桥和栈桥等。
⑤根据桥梁结构受力体系不同，桥梁分为梁式桥、拱式桥、缆索承重桥等。
7.3 桥梁工程实施阶段划分及其工作内容
桥梁工程实施阶段分为：工程可行性研究、初步设计、技术设计和施工图设计、桥梁施工、使用管理与养护等。
（1）工程可行性研究
可行性研究是桥梁工程立项建设的依据，主要应回答桥梁建设的必要性、技术可行性、经济合理性等问题，提出建设方案。
图7.18 重庆万州长江大桥总体布置（单位：m）
（2）初步设计
桥梁工程初步设计的依据是经专家论证并得到主管部门批准的工程可行性研究报告（包括通航论证报告、行洪论证报告、环境评价报告等）、业主下达的设计任务书（委托书）以及业主与设计单位签订的设计合同、国家标准、行业规范等，就桥位、建桥标准、建桥规模等控制性要求作出规定。特别通过多方案比选，提出桥型推荐方案，待评审批准后开展施工图设计。
（3）技术设计
技术设计根据初步设计批复意见，对重大、复杂的技术问题通过科学试验、专题研究，进一步勘探、分析比较，解决初步设计中未解决的问题，落实技术方案，提出修正的施工方案等。为施工图设计提供依据。
（4）施工图设计
根据批准的初步设计文件或技术设计文件，根据设计合同、施工需要的补充钻探（称“施工钻探”），进一步对所审定的修建原则、设计方案、技术决定加以具体化，绘制施工详图供施工使用，最终确定各项工程数量，提出文字说明和施工所需的图表资料、施工组织设计、施工图预算。
（5）桥梁施工
在桥梁施工图得到审批后，即可通过招标选定施工单位、监理单位等，在完成相关报批程序后即可开展桥梁施工。桥梁施工由承包商负责，监理工程师负责施工质量、进度、费用管理，监控单位对桥梁施工过程中的结构受力、线形与安全实施宏观控制，质监部门负责工程质量监督，设计者为施工过程提供技术服务，业主负责工程实施协调。
（6）桥梁使用管理与养护
桥梁竣工验收完成后即可交付使用。桥梁设计寿命一般为100年，桥梁在使用过程中将受到各种不利因素的影响，犹如人一样，也有“生老病死”的问题，需要对其实施全面、严格管理，定期对其进行检查、评估，必要时对其实施及时维护或加固，以不断维持桥梁功能与安全状态，确保桥梁正常服役。
7.4 桥梁设计荷载
现行《公路桥涵设计通用规范》（JTGD 60—2004）规定公路桥梁作用划分为三类，即永久作用、可变作用和偶然作用（见表7.2），同时，根据作用可能出现的概率，在设计桥涵时考虑不同的作用组合。城市桥梁参照公路桥执行。铁路、轨道交通按照相关规定采用。
表7.2 桥梁作用分类
7.5 桥梁结构体系与构造设计
7.5.1 梁式桥
梁式桥是一种在竖向荷载作用下无水平反力的结构。由于梁式桥主要承受竖向作用（恒载和活载等），故以受弯为主，需要抗弯能力强的材料（如钢筋混凝土、预应力混凝土、钢等）来建造。
按行车道位置的不同，梁式桥也分为上承式桥和下承式桥。一般情况下，公路梁式桥桥面布置在主梁顶面，称为上承式桥。桥面布置在主梁下缘时称为下承式桥。
常用的梁式桥包括：钢筋混凝土和预应力混凝土简支梁（板）桥、钢筋混凝土和预应力混凝土连续梁（板）桥、预应力混凝土连续刚构桥、钢桁梁桥等。
图7.19 梁式桥示意图
按照结构受力体系不同，梁式桥又分为简支梁桥、连续梁桥、悬臂梁桥、连续刚构桥等（见图7.19）。
简支梁桥主梁包括整体板梁，一般用于10 m以下；装配式板梁，实心板一般在8 m以下，空心板在20 m以下；装配式T梁（见图7.20），一般用于25～50 m；箱梁桥等。
图7.20 跨径30 m预应力混凝土T梁标准图（尺寸单位：cm）
连续梁桥包括先简支后连续梁桥（先采用简支梁方式进行架设，然后再在墩顶实施结构连续，一般用于20～50 m）；支架施工连续板梁或箱梁桥（钢筋混凝土板梁一般在8 m以下，钢筋混凝土箱梁不超过20 m，预应力混凝土箱梁在50～80 m）；悬臂施工箱梁桥（自墩顶开始采用挂篮现浇或预制拼装逐段形成主梁，通常为预应力混凝土结构，跨径在60～160 m）、顶推箱梁桥（在台后固定位置浇筑主梁并不断向前顶推形成主梁，跨径一般不超过60 m）等。
连续刚构桥主要用于大跨径预应力混凝土桥梁，采用自墩顶开始采用挂篮现浇或预制拼装逐段形成主梁，跨径在60～300 m，主梁断面参见图7.21。图7.22为某连续刚构桥形成过程示意。
图7.21 箱形梁桥横截面示意
图7.22 某连续刚构桥形成过程
7.5.2 拱式桥
拱式桥的主要承重结构是拱圈（图7.23）。在竖向作用（恒载和活载等）下，拱的两端支承处（拱脚处）除有竖向反力、弯矩（无铰拱）外，还有水平推力（见图7.23b），正是该水平推力的存在，显著降低了竖向作用所引起的拱圈弯矩。因此，拱内以受压为主，相对于同等跨径梁桥，拱内弯矩要小得多，所以，抗压能力强但抗拉能力弱的圬工材料（如砖、石、混凝土）和钢筋混凝土可用于建造拱圈。
按照行车道处在拱结构立面位置的不同，拱桥分为上承式（图7.23c）、中承式（图7.23d）和下承式（图7.23e）。
上承式拱桥的桥跨结构由主拱圈（肋）及其拱上建筑所构成。拱圈是拱桥的主要承重结构，承受桥上的全部荷载，并通过它把荷载传递给墩台及基础。行车道系与主拱圈之间需要有传递荷载的构件和填充物，这些主拱圈以上的行车道系和传载结构或填充物称为拱上建筑。拱上建筑可做成实腹式（见图7.24）或空腹式（见图7.25），相应称为实腹式拱和空腹式拱。
图7.23 拱式桥示意图
根据主拱圈材料不同，拱桥结构包括圬工拱桥、钢筋混凝土拱桥、钢管混凝土拱桥和钢拱桥。
图7.24 实腹式拱桥
1—主拱圈；2—拱顶；3—拱脚；4—拱轴线；5—拱腹；6—拱背；7—起拱线；8—拱台；9—拱台基础；10—锥坡；11—拱上建筑；l0—净跨径；l—计算跨径；f0—净矢高；f—计算矢高；f/l—矢跨比
图7.25 空腹式拱桥构造
7.5.3 缆索承重桥
1）斜拉桥
斜拉桥又称斜张桥（见图7.26），由斜拉索、桥塔和主梁组成，斜拉桥利用高强钢材制成的多根斜拉索将主梁托起，主梁的恒载和其他作用通过斜拉索传至桥塔，再通过桥塔基础传至地基，由此，主梁犹如一根多点弹性支承的连续梁一样工作，而且斜拉索拉力的水平分量又构成主梁的“免费”预压应力，从而使主梁尺寸大大减小，结构自重显著减轻，既节省了结构材料，又大幅度增大了桥梁的跨越能力。此外，斜拉桥的结构刚度要比悬索桥大，因此，在相同的荷载作用下，结构的变形小，而且抵抗风振的能力也比悬索桥好，这也是斜拉桥在可能达到的跨越能力情况下比悬索桥优越的重要因素。
图7.26 斜拉桥示意
斜拉桥跨径布置应考虑全桥刚度、拉索疲劳强度、锚固墩承载能力等因素，现代斜拉桥最典型的跨径布置形式为双塔三跨式与独塔双跨式，也可以布置成独塔单跨式、双塔单跨式或无塔单跨式（一种非正统斜拉桥）及多塔多跨式，甚至是混合式。
斜拉桥主梁有混凝土梁、钢箱（桁）梁、钢混结合梁、钢混混合梁之分。图7.27所示为斜拉桥扁平钢箱主梁截面。
图7.27 南京长江二桥扁平多室钢箱梁（单位：mm）
2）悬索桥
悬索桥又称吊桥，是最古老的桥梁形式之一，通常由索塔、锚碇、主缆、吊杆及加劲梁组成（见图7.28）。
图7.28 悬索桥示意
传统的悬索桥均用悬挂在两边索塔上的强大缆索作为主要承重结构，加劲梁自重及其他作用通过吊杆使缆索承受拉力，因此，悬索桥也是具有水平反力（拉力）的结构，需要在两岸桥台后方设置巨大的锚碇结构。现代悬索桥广泛采用高强度钢丝编制的主缆，借助钢材优异的抗拉性能，跨越其他桥型无与伦比的特大跨度。
根据体系不同，悬索桥有地锚式（外锚式）和自锚式之分。地锚式（外锚式）悬索桥主缆拉力依靠锚固体传递给地基，是悬索桥的传统结构体系，技术发展相当成熟，已经形成了美国式、英国式、日本式等几个流派。自锚式悬索桥主缆拉力水平分力直接传递给加劲梁（轴向压力）承受，竖直分力（较小）由端支点承受。布置如图7.29所示。
图7.29 主跨385 m的自锚式悬索桥（美国旧金山）
悬索桥加劲梁结构型式有：钢梁（钢板梁、钢桁梁、钢箱梁）、混凝土箱梁、钢混结合梁等。图7.30所示为悬索桥扁平钢箱加劲梁断面示意。
图7.30 悬索桥扁平钢箱加劲梁断面（单位：cm）
7.5.4 刚架桥
刚架桥（见图7.31）是梁（或板）和立柱（或竖墙）固结形成的一种刚架结构。由于两者是刚性连接，在竖向荷载作用下，在柱脚具有水平反力（见图7.31b），梁部除弯矩外还有轴力，其受力状态介于梁桥与拱桥之间。因此，对于同样的跨径，在相同荷载作用下，刚架桥的正弯矩要比一般梁桥的小。因此，刚架桥的建筑高度可以做得小些，适用于需要较大桥下净空和建筑高度受到限制的情况（如立交桥，跨线桥等）。
图7.31 刚架桥
7.5.5 组合体系桥
根据结构的受力特点，由上述不同体系组合而成的桥梁称为组合体系桥。如梁拱组合桥、斜拉桥与刚构组合桥、斜拉桥与悬索桥组合桥（吊拉组合桥）等。
重庆菜园坝长江大桥是国内首座特大公路、城市轨道两用拱桥。上层桥面设六线汽车行车道加双侧人行道，城—A级荷载，下层桥面为跨座式单轨交通。
图7.32 重庆菜园坝长江大桥总体布置
重庆菜园坝长江大桥首创组合式刚构-系杆拱拱式桥梁结构体系（见图7.32）。为了提高结构的整体效率，重庆菜园坝长江大桥主桥在三个层面上使用了“组合”技术，即：在材料上，将混凝土与钢组合以提高材料使用效率；在直接承受活载的梁体设计中将正交异性桥面板与桁架钢梁组合以提高梁体承载效率；在主体承载结构设计中将预应力混凝土“Y”形刚构与提篮钢箱系杆拱组合以提高主体结构跨越能力。
重庆菜园坝长江大桥坚持效率是美的设计理念，采用三大关键技术，即：材料与结构组合技术，组合式桁架钢梁大节段设计、制造、运输、吊装技术以及分离式系杆-主动控制技术，创造性设计了组合式公轨两用刚构-系杆拱特大桥梁体系，为同类桥梁提供了新的结构体系。图7.33所示为钢桁架梁（系杆）吊装过程，图7.34所示为夜幕中的菜园坝长江大桥。
图7.33 钢桁架梁（系杆）缆索吊装
图7.34 重庆菜园坝长江大桥夜景
7.5.6 桥梁下部结构
1）桥墩
（1）梁桥桥墩
梁桥桥墩分为重力式桥墩和轻型桥墩两种。重力式桥墩由墩帽和墩身组成，主要靠自身的质量平衡外荷载，墩身自重大、稳定性好，一般用于地基条件好，承载能力大的桥位或流冰、漂流物较多的河道中，通常为实体结构，高度超过50 m时多采用空心结构，如图7.35所示。
图7.35 拱桥重力式桥墩
梁桥轻型桥墩有柱式桥墩（见图7.36）、钢筋混凝土薄壁桥墩等。柱式桥墩由分离的两根或多根柱与墩帽组成，或由桩、柱和盖梁组成。柱式墩外形美观，质量较轻，施工方便，普遍用于中小跨径桥梁。同时，为确保桥墩稳定性，柱式桥墩适用高度一般不超过50 m，且应按规范要求设置柱间横系梁。钢筋混凝土薄壁桥墩包括单薄壁和双薄壁两种。单薄壁适用高度较小的桥梁，双薄壁主要用于对桥梁抗推刚度有限制的连续刚构桥。
图7.36 梁桥柱式桥墩
（2）拱桥桥墩
拱桥是一种推力结构，除了垂直力以外，拱圈传给桥墩上的力还有水平推力、弯矩，这是与梁桥最大的不同之处。从抵御恒载水平力的能力来看，拱桥桥墩又可分为普通墩和单向推力墩两种。普通墩除了承受相邻两跨结构传来的垂直反力外，一般不承受恒载水平推力，或者当相邻两孔跨径不相同时只承受经过相互抵消后尚余的不平衡推力。单向推力墩又称制动墩，它的主要作用是在它的一侧桥孔因某种原因遭到毁坏时，能承受相邻孔的恒载水平推力，以保证相邻孔拱圈不致倾塌。而且当施工时为了拱架的多次周转，或者当缆索吊装设备的工作跨度受到限制时，为了能按桥台与某墩之间或者按某两个桥墩之间作为一个施工阶段进行分段施工，也要设置能承受部分恒载单向推力的制动墩。
2）桥台
桥台（见图7.37）有重力式桥台、轻型桥台和组合式桥台之分。
图7.37 桥台
重力式桥台也称实体式桥台，它主要靠自重来平衡台后的土压力。桥台台身可采用块石、片石混凝土或混凝土等砌（浇）筑。
轻型桥台一般用于梁桥。梁桥轻型桥台包括埋置式桥台、设有支撑梁的轻型桥台、钢筋混凝土薄壁桥台等。常用形式为埋置式桥台。
组合桥台本身主要承受桥跨结构传来的竖向力和水平力，台后的土压力则由其他结构来承受。包括锚碇式、过梁和框架组合式、桥台和挡土墙组合式及后座式等。
3）基础
基础是桥梁建设中最关键的部位之一，其形式的选择涉及地质条件、水文情况、结构受力、施工设备以及工期、造价、施工安全与桥梁安全，必须高度重视（详见本书第4章）。
7.6 桥梁施工方法
桥梁施工分为桥梁基础施工、桥梁墩台施工、桥梁上部结构施工几部分。图7.38示出了桥梁施工主要方法。
图7.38 桥梁施工方法
7.7 重庆长江大桥复线桥工程简介
1）建设背景
重庆长江大桥建于1980年，是重庆主城区南北大通道的关键工程。桥梁采用8跨带挂孔的预应力混凝土T型刚构桥，跨径组合为86.5 m+ 4×138 m+ 156 m+ 174 m+ 104.5 m，4车道。其中主跨174 m，至今仍为世界同类桥梁之冠，如图7.39所示。
随着交通量的迅猛增长，重庆长江大桥已不能满足需要，需要建设重庆长江大桥复线桥。
图7.39 重庆长江大桥
2）建设方案
（1）桥梁建设原则
桥面标高与既有桥梁一致，桥梁外形与既有桥梁协调，通航条件满足长江通航要求。
（2）桥型选择与结构体系设计
按照上述桥梁建设原则，复线桥桥面标高与既有桥梁一致容易得到满足。从长江通航要求来看，桥梁主跨需不小于300 m。对于300 m以上跨径的桥梁，梁式桥不是首选，首选的是斜拉桥、悬索桥以及拱桥，然而桥梁外形与既有桥梁协调的要求使得斜拉桥、悬索桥以及拱桥都不符合要求。经过研究，最终决定采用梁式桥。
为满足桥梁外形与既有桥梁在外形上协调的要求，复线桥需采用梁式桥，且其墩位须与既有桥梁一一对应；为满足300 m以上桥下通航孔径要求，复线桥必须取消与既有桥梁6号墩对应的水中墩，其跨径为既有桥梁主航道的156 m和174 m两跨之和，因此，复线桥总体上应是主跨330 m的梁式桥。如此大跨径梁桥是世界桥梁建设的一个新挑战。
主跨330 m的梁式桥，当采用钢箱梁结构时，所需超厚板钢结构加工制造存在困难，造价也高，其性价比不如混凝土桥高；当采用混凝土箱梁结构时，其自重效应大，跨越能力超过极限，混凝土收缩徐变导致的后期下挠难以控制，即使采用进口集料轻质混凝土，其弹性模量、收缩徐变等材性难以满足超大跨径结构要求，且费用高。通过综合的技术经济比较，决定采用钢与混凝土混合连续刚构体系桥梁（属于世界同类桥梁建设的重大创新）。
基于以上原因，通过比选采用的方案为：7跨钢-混凝土混合连续刚构与连续梁组合体系桥，桥跨布置为86.5 m+ 2×138 m（连续梁）2×+ 138 m+ 330 m+ 104.5 m（连续刚构），全长1 101 m。跨径布置在与既有桥梁基本一致的情况下，大幅度地增加了主通航孔的跨度，完全满足通航要求。其中1号、2号桥墩墩顶设置活动支座，其余桥墩与主梁固接，如图7.40所示。
图7.40 重庆长江大桥复线桥总体布置
3）结构设计
重庆长江大桥复线桥上部结构主跨箱梁分别由预应力混凝土箱梁和钢箱梁组成，其余为预应力混凝土箱梁，均采用单箱断面。主跨箱梁墩顶梁高16 m，跨中梁高4.5 m，呈二次抛物线变化。箱梁底板宽9m，双侧对称悬臂5m，顶板全宽19m。其中，主跨由南、北两侧各111m三向全预应力混凝土悬臂和中央108 m钢箱梁混合而成，其余各跨均采用三向全预应力混凝土结构。
桥梁横向布置为0.5 m（防撞栏杆）+ 15.5 m（行车道）+ 2.7 m（人行道）+ 0.3 m（栏杆），全宽19.0 m，设1.5%双向横坡，横坡由梁体顶板形成。
下部结构1～4号桥墩为4.6 m（纵）×9 m（横）的矩形空心桥墩，5、7号桥墩为双壁实体钢筋混凝土桥墩，墩梁固接。基础为桩基础。
4）桥梁施工
重庆长江大桥复线桥1，2，3，5，7号T梁采用悬臂浇筑法施工，浇筑节段长按质量控制在3～5.5 m不等，采用后支点三角挂篮作节段混凝土浇筑承载架（见图7.41）。4号T梁采用支架施工。5、7号墩间混凝土箱与钢箱之间的结合段依靠三角挂篮提升到位。中央钢箱部分（1 400 t）采用工厂预制，通过整体浮运至桥位，借助连续作用液压千斤顶整体提升法安装见（见图7.42）。建成后的重庆长江大桥复线桥如图7.43所示。
图7.41 混凝土箱梁挂篮悬臂施工（尺寸单位：cm）
图7.42 中央钢箱梁吊装并即将合龙
图7.43 建成的重庆长江大桥复线桥
思考讨论题
1.桥梁的起源与发展历程？
2.桥梁在道路交通与城市建设中的地位与作用？
3.桥梁组成与分类？
4.桥梁主要有哪些形式？各自的结构体系与构造特点是什么？
5.简述桥梁的主要施工方法。
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