空腹式连续刚构桥，亦称斜腿连续刚构桥、拱梁组合式连续刚构桥，是在常规连续刚构形式上的一种新的改型，其主要思路是加大箱梁根部高度，并对箱梁根部的腹板进行挖空，减轻自重，形成梁-拱组合力学效应，从而提高结构承载效率，增强桥梁跨越能力。空腹式连续刚构可采用与常规连续刚构桥相似的平衡悬臂施工方法，工程造价和运营维护费用较低，适用跨径在220m～400m，可望填补常规连续刚构桥适用跨径和斜拉桥适用跨径之间的空白。本文简要介绍这种桥型的设计构思和主要施工特点。

连续刚构桥具有结构受力性能较好、能适应一定的平面线形变化、行车平顺舒适、后期养护工作量较小的特点。同时，悬臂法施工，对机具、场地及运输条件的要求低，对于山高坡陡、施工场地狭窄的山区，具有很强的适应性，因而在我国交通基础设施建设中获得了大量应用。截至目前，我国已建成主跨超过200m的连续刚构桥达80余座，主跨小于200m的更是不胜枚举。但连续刚构桥跨越能力有限，结构承载效率和材料利用率较低；在跨径大于200m时，技术风险增大，工程经济指标恶化，且易出现开裂、下挠等耐久性问题。受制于其固有的结构承载特点、混凝土材料水平、施工技术与质量成本控制等因素，2000 年以来连续刚构桥跨径的发展比较缓慢，甚至因为某些大跨径桥梁出现跨中下挠、梁体开裂等问题而限制跨径。目前，我国业内一般限制连续刚构跨径不超过200m，部分山区省份限制跨径不超过220m。

受制于山区公路路线总体和地形地质条件，桥梁跨径处于200m至400m，而地形地质条件不适于拱桥设置时，多采用非经济跨径的斜拉桥，甚至悬索桥。在此背景下，一种能填补200m至400m经济跨径的桥型，成为了桥梁建设的一个迫切需要。为此笔者在常规连续刚构的基础上结合拱桥的力学特点，于2007年提出了空腹式连续刚构新桥型。

空腹式连续刚构桥的设计思想是将箱梁根部的高度加大，并将腹板挖空，在箱梁根部区域形成由下弦、上弦和主墩组成三角框架结构，从而提高根部区域的承载效率、提高结构的跨越能力。空腹区域的下弦为偏心受压结构， 主要起承压作用；上弦为偏心受拉结构，平衡下弦的水平力，并布设悬臂浇筑钢束；上、下弦汇合后成为实腹梁， 其受力特性与常规连续刚构相似，其长度由于空腹区的存在而减小。

空腹式连续刚构桥的结构，主要包括墩柱（双肢或单柱式），根部挖空区域的下弦、上弦，以及常规实腹梁段、合龙段等，如图1。

图1 空腹式连续刚构桥的结构体系

空腹式连续刚构桥，其总体结构特性仍然为预应力混凝土梁式桥，但由于空腹区域的存在，其结构体系具有以下特点：

1．挖空三角区的下弦受压为主，为拱的受力特征；上弦受拉为主，可以平衡下弦压力；主墩两侧的挖空三角区对称，两侧下弦压力和两侧上弦拉力基本上相互抵消，形成自平衡的受力体系。

2．承受巨大负弯矩的桥墩根部区段，改梁式截面受力模式为挖空三角区框架受力模式，提高了桥墩根部区段的结构承载效率。

3．挖空三角区，减小了跨中实腹梁段的长度，减少了跨中梁段的受力和挠度。

4．下弦的设置，减小了墩柱高度，提高了高墩的稳定和受力性能。

5．根部区域挖空，减小了结构自重，降低了下部构造与基础工程规模，提高了结构抗震能力。

空腹式连续刚构桥结构体系相对复杂、关键节点较多、构造设计难度较大、上下弦施工工序较多、施工难度相对较大，在设计验算、预应力配置、构造设计、施工组织与施工控制等环节需要给予充分的重视。

空腹式连续刚构桥，可布置为单主跨、多主跨，以及单T的形式，桥墩可采用双肢薄壁墩或箱形柱式墩，其桥跨布置如图2、图3。

图2 双肢薄壁墩、空腹式连续刚构桥

图3 单柱式墩、空腹式连续刚构桥

空腹式连续刚构桥，也可与常规连续刚构组合形成大、小跨的布置形式，从而增强了适应地形的能力。

与常规连续刚构桥一样，空腹式连续刚构桥的桥墩与上部结构固结，不需要设置大型支座，桥墩承受上部结构传递的轴力、弯矩和由于预加力、混凝土收缩徐变、温度变化所引起的梁体纵向位移。桥墩底部所承受的由于上构梁体纵向位移产生的剪力，随着墩高的增加和墩身刚度的减小而减小，因此布置桥跨时，应选择适当的墩柱高度和墩身截面尺寸。根据笔者的工程经验，采用双肢薄壁墩的情况下，墩柱高度不宜小于其与上构梁体纵向温度位移零点之间距离的1/4—1/5，如图4。

图4 空腹式连续刚构桥的桥跨布置与墩柱高度

双肢薄壁墩的建议高度，可表示为下式（1）

Hi≥(1/4～1/5）Li，i=1～n　　　　（1)

式中，Hi、Hn为墩柱高度，Li、Ln为墩柱与上构梁体纵向温度位移零点之间距离，上构梁体纵向温度位移零点按桥墩的纵向抗推刚度，采用集成刚度法计算。

空腹式连续刚构桥中，桥墩除承受上部结构传递的轴力、弯矩和由于预加力、混凝土收缩徐变、温度变化等所引起的内力外，车辆制动力、上部结构地震力等，亦将产生较大的效应，且向墩高较小、纵向抗推刚度较大的桥墩集中。因此，连续刚构体系中的桥墩高度，或者更准确地说，桥墩纵向抗推刚度的差异也不宜过大，桥墩高度及其截面形式和尺寸的选择，要力求各墩及其基础的受力较为均匀，必要时，在高度较大的双肢之间设置纵向系联，以调整桥墩纵向抗推刚度，从而调整上部结构传递到桥墩的内力的分配，如图4。

分析空腹式连续刚构桥的结构特点可以发现，空腹区域长度、下弦倾角等参数的变化，对结构受力的合理性、经济性影响非常大，可以采用正交试验方法或结构优化方法，对其合理取值范围进行研究。

根据贵州北盘江特大桥（主跨290米）和湖北云南庄特大桥（主跨280米）的结构设计与计算分析，结合正交试验研究，建议空腹式连续刚构桥的总体结构参数取值如下：

1．空腹段下弦梁底与实腹段梁底宜按一致的幂次曲线变化，梁底曲线幂次β的取值范围为2.5～3.5。

2．空腹段下弦梁底与桥墩的相交点至墩顶桥面的距离，即根部总高度H，宜取主跨跨径或名义主跨跨径的1/7～1/9。

3．空腹段下弦可采用等高度梁，梁高宜取主跨跨径或名义主跨跨径的1/40～1/50。

4．空腹段上弦梁高，应综合考虑上弦结构受力及纵向预应力布置的需要，宜取空腹段上弦长度的1/10～1/15。

5．主跨跨中梁高宜取主跨跨径或名义主跨跨径的1/50～1/70。

空腹式连续刚构桥上部结构的总体施工方法是，先进行空腹区的施工，完成上、下弦汇合后，转入常规实腹梁段的挂篮对称浇筑，直至合龙，最终完成上部结构施工。空腹区结构一般处于高墩之上，难以采用支架施工，其施工方法有一定的特殊性，施工设备要求较高，施工过程中的受力、变形控制均需高度关注。

空腹区的下弦梁段为偏心受压构件，主要承受压力和剪力，较少或不需要布置纵向预应力；上弦梁段虽为预应力构件，但其截面尺寸及抗弯刚度均较下弦梁段小，因此施工过程中上、下弦结构一般无法独立承受长悬臂状态下的挂篮施工荷载，需要采用临时支撑或扣索等辅助手段， 进行挂篮悬浇施工。

根据空腹式连续刚构桥的结构特点，目前可采用的施工方法主要包括双层扣索挂篮施工法，下弦扣索挂篮、上弦支架浇筑施工法等。

两种方法各有特点，要结合跨度规模、结构特点、施工机具、工期安排等因素综合比较，合理选择。并可进行一些变化，如双层扣索挂篮施工法中的下弦底篮直接悬挂于已完成的上弦或上弦挂篮桁架的方法等。

空腹式连续刚构桥的首个实施工程是贵州六盘水至盘县高速公路北盘江大桥， 其主桥布置为82.5m+220m+290m+220m+82.5m，采用预应力混凝土空腹式连续刚构桥型，引桥采用预应力混凝土T梁。

大桥空腹区施工采用了“下弦扣索挂篮上弦支架浇筑施工法”，大桥于2013年8月建成通车。从已经完成的数次全桥箱梁线形、挠度检测情况看，运营期结构状况良好。目前在建的空腹式连续刚构桥有贵州贵阳至黄平高速公路甘溪大桥、重庆礼嘉嘉陵江大桥、湖北鹤峰云南庄大桥等。空腹式连续刚构桥型的设计理念受到业内的广泛关注，其中湖北鹤峰云南庄大桥在总结北盘江大桥的施工经验基础上，提出并采用了“双层扣索挂篮施工法”。

空腹式连续刚构桥为桥梁设计人员从工程出发提出的一种新型桥梁结构，特别适用于山区高墩大跨度桥梁。初步研究表明，其经济适用跨径约在200至400m，可望填补常规预应力混凝土连续刚构桥（适用跨径<220m）和大跨径斜拉桥（适用跨径>350m）之间的空白。但工程实践处于起步阶段，要促进这种桥型结构技术的推广应用，丰富桥梁的方案选型，需要桥梁科研、设计、施工、管理各方通力合作，深入研究这种桥型的关键性结构构造、完善结构体系、研究适应性施工方法和质量管控方法，共同推动这种新型桥梁结构的健康发展。

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知识点：空腹式连续刚构桥设计构思