《桥梁工程》第六讲 · 墩台支承体系、支座布置与斜桥

2026/09/28 课程笔记

0 课程说明

• 本讲由上部结构转入下部与支承体系，内容包括刚架式支承（门式刚构、斜腿刚构）、全无缝连续刚构与整体桥台、支座受力与概念设计，以及斜桥（斜交角、支承布置与角隅受力）。
• 承接前两讲：静定/超静定的判据、恒载活载组合、制动力与摩阻经支座传递等，本讲反复用到（见 #2）。
• 课堂提到后续以"构造要求"类习题为主（约百题，手写提交，计入平时考核），本讲节点构造与配筋要求即对应这部分。

1 门式刚构桥（墩台与主梁固接）

1.1 概念

把主梁与墩台（桥台）固接，形成"门式"框架，从而取消桥头伸缩缝，桥面连续铺装直接铺过桥头，行车更平顺、整体性更大。

• 与简支梁相比，差别只在连接关系（铰接还是刚接），其余计算（按承载能力极限状态设计、荷载组合）并无本质不同。
• 结构力学对照：支座端若为铰接，端部不传弯矩；若为刚接，端部（墩顶）能承担负弯矩，因而结构整体刚度与受力形态都不同。

简支梁：  支座只给竖向反力 → 跨中弯矩 ql²/8（无卸载）
门式刚构：墩顶刚接产生负弯矩 → 把弯矩图"抬起" → 跨中弯矩减小

1.2 什么情况下选用

【要点】工程中大量采用门式刚构，主要看中的就是同跨度下梁高可更小这一特点（城市桥梁、小跨径、跨越不宽河流最常见）。

1.3 两大缺点（必记）

① 受力更复杂——次内力占主导

• 固接后桥墩要承受额外弯矩，墩、台同时受压、受弯、受剪，不像简支时那样对墩台没有太多要求。
• 门式刚构是超静定结构：温度作用、地基不均匀沉降、混凝土收缩徐变都会引起自身内力（次内力）。
• 规律：约束越强、刚度越大 → 次内力越突出（简支为静定结构，可自由适应温度与变位，与之相反，呼应 #2）。

② 构造与节点要求高

• 简支／铰接构造大多搁置在墩上，保证传递竖向力即可；
• 门式刚构要在节点处传递弯矩 → 配筋更多、节点构造更复杂。

2 斜腿刚构桥

把墩腿做成斜的，斜腿、横梁与主梁固结成整体。这是刚架桥家族中与门式刚构并列的一类，区别直观地体现在墩腿是竖直还是倾斜。

• 适用：跨越峡谷、陡坡等特殊地形。直腿墩要么需要深挖、打桩困难，要么跨径太大 → 用斜腿跨越，可同时满足通航等要求。
• 受力特点：斜腿以受压为主，主梁与斜腿相当于梁与拱的组合体系，兼有梁的跨越能力和拱的受力特点，跨越能力较强；由于存在负弯矩，主梁可做得较薄，跨中弯矩相应减小。
• 传力路径：恒载、车辆荷载 → 主梁 → 斜腿 → 地基。

主要缺点

3 全无缝式连续刚构桥与整体桥台

3.1 概念与设计单元

• 构造：除墩梁刚接外，桥台也与主梁固接，并且全桥不设伸缩缝 → 无缝式连续（刚构）桥。
• 设计单元：普通连续梁常在若干跨之间取一个独立设计单元、中间设缝打断；全无缝式把整桥作为一个统一受力体系，本质是把桥台纳入整体变形协调。
• 长度限制：全桥不设缝 → 温度应力无释放点，故桥梁不可能过长；适用于中小跨径，全长大致控制在百米量级（约 100～150 m 以内）。

3.2 设缝与不设缝的取舍

普通梁桥：靠柔性墩＋活动支座适应温度变形 → 需设温度缝（伸缩缝），全桥"缝控"设计
全无缝式：不设缝，靠桥台及特殊构造吸收变形（变形能力有限）

【理解】桥梁并非建成即告完工，伸缩缝等属于需要长期维护的基础构造。当能通过设计把温度／次内力控制到允许范围时，取消伸缩缝在运营上是划算的。

3.3 全无缝桥的两种整体桥台

• 后填土（非天然土）夯实会产生侧向土压力，故台后常设挡墙；扩大基础式即用扩大基础来承担。
• 工程实例：国内 1998 年开始应用、2001 年建成的全无缝连续刚构桥早期实例，整体跨度在百米以内。
• 台身／桩可采用较强与较弱刚度结合的形式，必要时通过降低刚度（让桩、墙发生一定挠曲）来释放节点弯矩，这属于对桥台的额外设计。

3.4 台后填土与计算特点

• 计算简图远比简支梁／连续梁复杂：除主梁、桥墩、基础外，还要计入桥台、搭板、台后填土的共同作用 → 超静定次数非常多，通常用有限元／设计软件求解，土以**连续弹簧（集中／斜弹簧）**模拟。
• 台后填土参与工作：简支梁、连续梁从不考虑土的作用；整体桥台必须考虑（这是全无缝体系最本质的受力特点）。

温度升降时土压力的不同处理（重点概念）

温度下降 / 混凝土收缩 → 台身外缩、与填土"趋分离" → 按主动土压力设计（偏安全）
温度上升            → 土体膨胀、与桥台顶紧      → 考虑土的弹簧支撑作用

【简答点】为什么升降温不同处理？降温/收缩时台背土与桥台相互作用减弱、接近主动极限状态，故按主动土压力取用；升温时土体受挤压、约束增强，故计入其弹性支撑。台后填土上行驶的车辆，还应计入车辆引起的土侧压力。

4 支座的受力与概念设计

4.1 竖向反力与"上拔力"

• 概念设计原则：支座按压设置，正常设计不允许支座出现受拉／上拔。
• 但在温度、制动力、地震等不利因素组合下，某些支座可能出现竖向拉力 → 设计时通过增加恒载／配重或构造措施，保证支座始终受压、不脱空。

4.2 水平力的来源

支座不能只考虑竖向作用，必须同时考虑水平作用。

• 汽车制动力（刹车／启动）；
• 离心力（弯道行车）；
• 风荷载（桥面板上下正负压差形成的附加水平作用）；
• 温度引起的伸缩与支座摩阻力；
• 地震水平作用（含隔震／减震设置）。

4.3 正交桥与斜桥：先定桥型，再定方向

• 设计顺序：先判断桥型（正交／斜交），再确定水平力的方向，最后选支座形式；支座计算与选型随桥型不同而不同。
• 正交桥：水平力基本沿车辆行驶方向（纵桥向）。
• 斜桥：除纵向分量外，还有垂直于支承线／桥面板的水平分量，存在偏心问题（详见第 5 节）。

4.4 板式橡胶支座：平面尺寸与厚度

【理解】面积与厚度都不是随便取的：面积保证受压不超限，厚度保证剪切变形能跟上水平位移。

4.5 支座的三项验算（核心考点）

① 抗滑移：界面摩擦力 μ·R 须 ≥ 制动力等水平力，否则梁体滑移甚至滑出支座（落梁）
② 抗压／偏压：不仅反力不能过大，还要压力"均匀"——控制平均压缩量
③ 抗转动／防脱空：支座允许转动 → 一侧压缩大、一侧压缩小 → 边缘易拉开脱空

• 抗滑移：制动力等水平力靠支座（及梁底接触面）摩擦传递，摩擦力被克服后计算简图即改变、属正常使用极限状态不安全，不允许发生滑移。
• 抗转动：无论固定或活动支座都容许一定转角，但偏转会使受压不均；若转角过大，橡胶支座的转动能力也受限。
• 防脱空（边缘不拉开）：为此对结构施加预压／预加力，使支座即便发生偏压，两侧仍保持受压，杜绝边缘拉开脱空。无预压时该要求更难满足。

【考点】支座验算 = 抗压（定面积）＋抗剪（定厚度）＋抗滑（摩擦）＋抗倾/防脱空（边缘不拉开，预压或配重保证受压）。除"压力大不大"外，还要算"压力均不均匀"。

5 斜桥：斜交角与支承布置

5.1 斜交角的定义——以支承线为准

• 早期用水流方向（与桥轴的夹角）描述斜交，概念不严格（多数近似为正交，但河道不一定与支承线垂直）。
• 现行以支承线（支座连线）为基准：支承线与桥梁中轴线的夹角 θ＝90° 即正交，θ≠90° 即斜交；斜交程度既可用 θ 的锐角表示，也可用它与 90° 的差（偏角）表示，两者互余，记作 α 与 γ（φ）。
• 课堂上两种口径都出现过（“正交为 0"指偏角 α，“夹角 90° 为正交"指 θ），工程上通常取锐角作为斜交角。

【易错】斜交角按**支承线（支座连线）**度量，不是水流方向；α 与 γ（φ）互余，取锐角。

5.2 斜桥的分类（按截面／上部形式）

【要点】斜交使受力不均匀并产生扭转，而截面越开展、抗扭刚度越大，故斜桥多优先采用箱形。

5.3 斜交对布梁与支承的影响

• 支承线与中轴线斜交 → 主梁／梁端与支承线不再垂直，支承点落在斜线上；
• 沿一条支承线，各支座反力不相等（反力不均）；
• 每片梁两端分别落到斜交的两条支承线上，形成一锐角、一钝角的角隅格局。

5.4 斜桥的受力特点（与正交桥的本质区别）

【核心】斜桥不是把正交桥旋转一下，支承方式变了，受力状态也就完全不同。

支承线斜交 → 支承反力不均 → ① 梁/板扭转  ② 额外横向弯矩  ③ 角隅（负）弯矩集中
                              正交桥：仅按"荷载横向分布系数"处理横向，不产生上述显著扭矩/横向弯矩

• 反力不均：局部荷载、集中荷载、边缘荷载作用下，各支座反力不相等，进而使面板受力不均、发生扭转与角隅翘曲。
• 扭矩与角隅：正交时梁与支承线处处成直角；斜交后每片梁两端一锐一钝：
  • 钝角区：反力大、负弯矩大；
  • 锐角区：反力小、易上翘脱空（出现负反力／拔力），个别端点支座甚至把桥面抬起、其余支座悬空。
• 横向弯矩：斜桥因各支承受力不同而产生额外横向弯曲，设计时须计入（正交桥一般只考虑纵向弯矩＋横向分布系数）。
• 恒载下梁间挠度不再均匀：正交梁桥常假定各主梁竖向变形一致（靠横隔梁协调）；斜桥各梁挠度存在差异，梁间相互约束 → 附加扭矩，设计时把各梁拆开后考虑约束效应，求解扭矩与变形差。

5.5 斜桥的配筋与构造（先受力，后配筋）

【总纲】先理解受力形式，再谈配筋构造；斜板的钢筋布置顺应主弯矩分布，不机械照搬正交梁桥。

• 钢筋宜连续：保证钢筋与混凝土的锚固共同工作，也使内力传递线连续（地震作用下不发生突变），因此能连续的钢筋应尽量连续。
• 配筋思路分三步：先划分区域，再确定方向（中部顺桥、支座与角隅斜向），最后做好构造衔接。

【关键词】中部主筋、对角加强（钝角／锐角）、横向弯矩筋、自由边加劲，都是受力特点的产物。

5.6 横隔梁与活载

• 横隔梁有两种布置方式：正交于桥轴线，或沿支承线（菱形）；多数采用正交桥轴线方式，对横向活载分布更有利，整体刚度更均匀，还能协调各梁变形、避免失稳。
• 横隔梁作用：联系主梁、保持整体刚度；桥面板除通行外，还协调梁间变形差。
• 后浇带：梁间挠度差不易在施工中保证 → 预留缝、后浇成整体，以协调约束变形、容许更大施工误差。
• 活载：不能简单套用正交梁桥的荷载横向分布系数，应按影响线布置最不利车道荷载。

6 复习要点总结

必背知识点：

1. 门式刚构＝主梁与墩台固接 → 取消桥头缝、墩顶负弯矩减小跨中弯矩、梁高可更小；缺点＝超静定次内力、节点配筋高。
2. 斜腿刚构＝斜腿＋主梁固结的梁拱组合体系，跨峡谷／陡坡，斜腿受压、节点复杂、对地基要求高、斜腿角度受限。
3. 全无缝连续刚构＝桥台固接＋全桥无伸缩缝，整桥作为一个设计单元、台后填土参与工作；适用中小跨径（约百米级）；整体桥台两类：桩柱式靠桩挠曲、扩大基础式靠墙身弯曲。
4. 土压力温度处理：降温／收缩按主动土压力，升温计入土的弹簧支撑。
5. 支座＝抗压（σ＝R/A 定面积）＋抗剪（水平位移定厚度）＋抗滑（摩擦≥水平力）＋抗转动／防脱空（边缘不拉开，预压或配重保证受压）。
6. 斜交角以**支承线（支座连线）**为基准，α 与 γ 互余；α＝0（正交）／α≠0（斜交）。
7. 斜桥三大附加效应：支承反力不均＋扭矩＋横向弯矩；钝角反力大·负弯矩大、锐角反力小·上翘拔力。
8. 斜桥配筋＝中部顺桥向（圣维南），支座与角隅设斜向/横向/防翘附加筋；配筋顺应主弯矩、宜连续锚固。

重要概念：

• 次内力主导：约束越强、刚度越大 → 温度/沉降/收缩徐变引起的自身内力越突出（门式刚构、斜腿刚构、全无缝体系均超静定）。
• 上拔力：概念设计不允许支座受拉；不利工况靠配重／构造／预压保证受压。
• 桥型决定支座方向与选型：正交桥水平力沿行车方向，斜桥存在垂直支承线的水平分量与偏心。

易错点提醒：

• 门式／斜腿刚构、全无缝桥都是超静定 → 对温度、不均匀沉降、收缩徐变敏感（与简支静定相反）。
• 全无缝≠越长越好：不设缝则温度应力无处释放，长度受限，只适合中小跨径。
• 斜交角按支承线定义，不是水流方向；α 与 γ 互余，别记成相加。
• 斜桥不是正交桥旋转：横向弯矩与扭矩不可忽略。
• 支座验算除"压力大不大"外，还要看"压力均不均匀”（偏压、平均压缩量）。
• 横隔梁多数取正交桥轴线布置，对活载横向分布更有利。

可能考题形式：

• 概念／选择：门式刚构的优点（降梁高、减小跨中弯矩）、斜交角基准、支座验算项目、斜桥为何优选箱形截面。
• 简答：为什么取消桥头伸缩缝／全无缝桥适用条件；温度升降土压力为何不同处理；斜桥受力与正交桥的本质区别；斜桥配筋的分区思路。
• 判断：约束越强次内力越突出；斜桥必须考虑横向弯矩与扭矩；支座可承受上拔力（错）。