组合结构桥梁设计新理念 同济大学桥梁工程系
0
组合桁架桥 --内容构成
组合桁架桥的现状与发展
组合桁架桥的技术特点
设计施工实例
组合结构桥梁设计新理念 同济大学桥梁工程系
1
组合桁架桥 —已建桁架桥,400m以上
序号 桥 名 跨径 (m) 所在地 建成年份
1 Quebec Bridge 549 加拿大 1917
2 Forth Railway Bridge 521 英国 1890
3 Minato Bridge(港大 桥 ) 510 日本 1974
4 Commodore John J.Barry Bridge 501 美国 1974
5 Greter New Orleans Ⅰ Bridge 482 美国 1958
6 Greter New Orleans Ⅱ Bridge 482 美国 1988
7 Howrah Bridge 459 印度 1943
8 Veterans Memorial Bridge 446 美国 1995
9 San Francisco Oakland Eart Bay Bridge 427 美国 1936
10 Ikituki Bridge(生月大 桥 ) 400 日本 1991
组合结构桥梁设计新理念 同济大学桥梁工程系
2
组合桁架桥 —大跨桁架桥的实例
生月大桥
Forth铁路桥
组合结构桥梁设计新理念 同济大学桥梁工程系
3
组合桁架桥 —德国的组合桁架桥实例
Nesenbach铁路桥 (mm)
(a) 立面布置
(b) 横截面
◇ 德国于 1984年建成的铁路桥
是一座 3跨简支的上承式组合桁
架体系。
◇ 跨径分别为 33.5m,43.5m，
33.5m。
◇ 该桥当初计划为 3跨连续体系，
考虑到负弯矩区需要设置预应力
钢筋，而改成简支体系。
◇ 上弦杆与腹杆的节点埋设在混
凝土桥面板中，通过上弦杆上面
及其两侧面焊接的直径 22mm的
焊钉连接件与混凝土桥面板相接
合。
组合结构桥梁设计新理念 同济大学桥梁工程系
4
组合桁架桥 —实例
Nantenbach铁路桥 （ 德国 ） Lully高架桥 （ 瑞士 ）
组合结构桥梁设计新理念 同济大学桥梁工程系
5
组合桁架桥 —实例
日本的板桥川桥的桥面板构造
混凝土
主钢筋分布钢筋
焊钉 底钢板
L型钢
T型钢
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6
组合桁架桥 —实例
向家坝大桥的立面图 (cm)
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7
组合桁架桥 —技术特点
◇ 改进承重结构体系，不设或少设非承重杆件
板桥川公路桥的结构布置
(a)立面布置
(b)支座上的横截面 (c)跨中横截面
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8
组合桁架桥 —技术特点
桁架桥杆件布置情况的比较（板桥川桥）
项 目 以往桁架 桥 型 现 代桁架 桥 型
桥 面板
弦杆
横撑
上平 联
下平 联
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9
组合桁架桥 —技术特点
◇ 改进承重结构体系，不设或少设非承重杆件
桁架桥杆件数量及其重量的比较（板桥川桥）
项 目 以往桁架 桥 现 代桁架 桥 现 代 /以往
大型板件数量 6700 2917 0.44
大型板件重量 (tf) 1050 1062 1.01
小型板件数量 12700 10850 0.85
小型板件重量 (tf) 270 217 0.80
杆件数量 1560 713 0.46
板件 焊 接 总长 度 (mm) 11300 3341 0.30
杆件 焊 接 总长 度 (mm) 25800 20472 0.79
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10
组合桁架桥 —技术特点
◇ 实行多跨连续梁体系，少设或不设伸缩缝
◆ 各跨跨径为 56.0m+60.0m+56.0m，桥面宽为 11.5m
◆ 纵向节点间距为 4.0m，不设上平联，横撑仅设在支座上的主桁之间
日本的小白仓桥的结构布置 (mm)
(a) 立面布置 (b) 横截面
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11
组合桁架桥 —技术特点
◇ 实行多跨连续梁体系，少设或不设伸缩缝
◆ 体外索的布置状况，每个桥墩处共用 6根
体外索布置 (mm)
组合结构桥梁设计新理念 同济大学桥梁工程系
12
组合桁架桥 —技术特点
◆ 体外索转向、锚固装置，两者都是设置在主
桁间的横杆上
体外索的偏向与锚固装置
(a) 偏向端
(b) 锚固端
上横杆
体外索
下横杆
体外索
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13
组合桁架桥 —技术特点
◇ 改善节点设计，采用高强螺栓或焊接
◆ 以往桁架桥为了反映铰接特点，其腹杆是采取插入两块节点板间、并将翼缘与节
点板栓接的方法。可是近年来，腹杆与弦杆之间采用对接方式连接的桥例在增多。
◆ 所谓对接方式连接就是腹杆翼缘直接与弦杆节点板、腹杆腹板直接与弦杆连接板
之间采用高强螺栓接合。这样通过把腹杆的翼缘及其腹板都与弦杆直接连接，节点
连接就变成刚性接合，应力传递更加明确。
桁架节点形式的比较
(a) 以往的节点 (b) 现代的节点
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14
组合桁架桥 —技术特点
◇ 改善节点设计，采用高强螺栓或焊接
对接式节点的构造例 (单位,mm)
(a) 上弦与腹杆的连接 (b) 下弦与腹杆的连接
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15
组合桁架桥 —技术特点
◇ 钢桁架与混凝土桥墩固结
钢桁架与桥墩固结的一例 (单位,mm)
顺桥向 横桥向
锚杆
下弦
焊钉
锚杆
混凝土桥墩
砂浆
锚梁
预埋梁
预埋梁
后浇
混凝土
先浇
混凝土
橡胶块
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16
组合桁架桥 —上承式组合桁架桥的实例
◇ 椿原公路桥的概要（日本）
◆ 道路规格：第 1种 3级 B规格
◆ 设计速度,80km/h
◆ 桥梁长度,322.0m
◆ 跨径布置,82.3m+155.0m+82.3m
◆ 有效宽度,10.06m
◆ 平面线形,R=1300m
◆ 纵向坡度,1.37%，横向坡度,3.50%
◆ 支座形式：端桥墩为水平反力分散支座，中间桥墩为减震支座
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17
组合桁架桥 —椿原公路桥的概要
椿原桥的布置与横截面 (mm)
(a) 立面布置
(b) 跨内的横截面 (c) 桥台上的横截面 (d) 桥墩上的横截面
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18
组合桁架桥 —体系构成
◇ 该桥通过焊钉连接件把钢桁架上弦杆与混凝土桥面板相连，使两者成为一个整
体共同工作，达到利用混凝土桥面板支援钢桁架上弦承担压力的目的。
◇ 同时在桥面板两个方向都施加预应力，不仅提高自身强度，也达到省去上横联、
简化结构体系、节省造价的目的。
上弦
下弦
预应力混凝土桥面板
斜腹杆
竖向横撑
下横联
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19
组合桁架桥 —完成后的照片
组合结构桥梁设计新理念 同济大学桥梁工程系
20
组合桁架桥 —钢桁架的设计
◇ 该桥钢桁架是对以下的 3种荷载状态进行验算。
◆ 设计荷载作用，验算相当于使用荷载作用时
杆件是否超过容许应力。
◆ 疲劳荷载作用，仅对需要验算疲劳强度的部
位加以验算。
◆ 极限荷载作用，验算在极限荷载组合作用下
杆件是否超过屈服强度。
组合结构桥梁设计新理念 同济大学桥梁工程系
21
组合桁架桥 —钢桁架的设计
◇ 杆件交会点不同时的节点构造形式
◆ 杆件交会点取为组合截面形心时，节点板所需长度增大；
◆ 杆件交会点取为组合截面形心时，各杆件截面力稍为变小，而节点会产生较大的局
部拉应力；
◆ 杆件交会点取为组合截面形心时，焊钉连接件上作用很大的拉拔力，最大值达到取
为弦杆截面形心时的大约 8倍。
杆件交会点不同时的节点构造形式 (单位,mm)
(a) 交会上弦截面形心 (b) 交会组合截面形心
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22
组合桁架桥 —连接件的设计
◇ 强度高、直径大、长度长的焊钉连接件
◆ 直径为 25mm、长度为 500mm的高强度焊钉。
◆ 考虑到需要根数较多、布置容易，采用较少使用
的直径大、强度高的焊钉。
◆ 为了保证能够有效地承担拉拔力，所取焊钉长度，
就需要确保能够伸到桥面板中性轴附近，可是
过长的焊钉焊接在钢桁架上不便于运输及吊装。
◆ 该桥考虑到这些因素，使用由两段通过螺帽接合
而成的焊钉，下段杆长度有 2种、即 75mm及其
150mm，相互分开布置，焊接在钢桁架上弦杆，
待架设完毕后再与上段杆用螺帽连接。
◆ 焊钉头部也加工成螺纹，拧上螺帽来代替以往焊
钉的柱头。
连接件的形状与尺寸 (单位,mm)
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23
组合桁架桥 —连接件的设计
◇ 焊钉群的使用
◆ 组合板梁、箱梁主要受弯剪作用，轴力很小；而组合桁架在节点处还受到很
大的轴力，由这个弦杆轴力所引起的弦杆与桥面板间的水平剪力很大。
◆ 因而，组合桁架在节点处附近的弦杆与桥面板间就有 2种水平剪力作用、即
由截面剪力与弦杆轴力各自产生的水平剪力，其大小也比节点间要大很多，
这样节点处就需要集中布置相当多的焊钉连接件。
◆ 采用焊钉群，即把几个焊钉以较小间距集中设置，再以较大间距把焊钉群分
散布置。给桥面板施加预应力后，再用无收缩砂浆填充焊钉群的预留孔。
预留孔处的钢筋布置
预应力钢筋 钢筋 钢筋
钢筋 钢筋焊钉
预应力钢筋
组合结构桥梁设计新理念 同济大学桥梁工程系
24
组合桁架桥 —连接件的设计
◇ 焊钉群的布置实例
◆ 节点处的焊钉间距沿纵桥向为杆部直径的 5倍、即 125mm。
◆ 沿横桥向有 2种布置、即 3× 150mm与 6× 75mm。
◆ 节点间焊钉间距一般取为 125mm，尽可能把预留孔设计小一些。
◆ 预留孔以外的上弦杆与桥面板间设置橡胶垫，减小施加预应力时两者间摩擦。
焊钉连接件的纵向布置 (单位,mm)
桥面板 预留孔
组合结构桥梁设计新理念 同济大学桥梁工程系
25
组合桁架桥 —连接件的设计
◇ 焊钉连接件的验算
◆ 首先根据水平剪力确定焊钉的根数；
◆ 然后再同时考虑拉拔力的影响验算焊钉承载力。
焊钉连接件验算的框图
计算各弦杆的水平剪力
分析群钉影响系数
假定焊钉连接件的根数
计算设计剪力 (q)
计算设计拉拔力 (p)
验算焊钉连接件的承载力
否
1
22
???
?
?
???
??
???
?
???
?
aa p
p
q
q
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26
组合桁架桥 —施工方法
◇ 施工步骤
◆ 首先在中间 2个桥墩处设置斜向及其竖向支撑，用履带式吊机将由弦杆与腹
杆组成的 9个三角形桁架吊装到位；
◆ 用固定支架浇注其中 3个节间的混凝土桥面板并施加预应力。
◆ 焊钉群预留孔中填充无收缩砂浆，使上弦杆与桥面板形成组合体系。
悬臂施工 吊装施工 吊装施工悬臂施工 悬臂施工
斜撑 斜撑
吊机 吊机搬运车作业车 作业车
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27
组合桁架桥 —施工方法
◆ 每次仅以 2节间混凝土桥面板为对象施加预应力，全部施加后再浇注预留孔。
纵桥向预应力施加示意图
(a) 平面图
(b) 立面图
上弦 预应力钢筋
已填预留孔 张拉
张拉
已填预留孔
预应力钢筋 锚固端 预留孔
对 2节间施加预应力
0
组合桁架桥 --内容构成
组合桁架桥的现状与发展
组合桁架桥的技术特点
设计施工实例
组合结构桥梁设计新理念 同济大学桥梁工程系
1
组合桁架桥 —已建桁架桥,400m以上
序号 桥 名 跨径 (m) 所在地 建成年份
1 Quebec Bridge 549 加拿大 1917
2 Forth Railway Bridge 521 英国 1890
3 Minato Bridge(港大 桥 ) 510 日本 1974
4 Commodore John J.Barry Bridge 501 美国 1974
5 Greter New Orleans Ⅰ Bridge 482 美国 1958
6 Greter New Orleans Ⅱ Bridge 482 美国 1988
7 Howrah Bridge 459 印度 1943
8 Veterans Memorial Bridge 446 美国 1995
9 San Francisco Oakland Eart Bay Bridge 427 美国 1936
10 Ikituki Bridge(生月大 桥 ) 400 日本 1991
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2
组合桁架桥 —大跨桁架桥的实例
生月大桥
Forth铁路桥
组合结构桥梁设计新理念 同济大学桥梁工程系
3
组合桁架桥 —德国的组合桁架桥实例
Nesenbach铁路桥 (mm)
(a) 立面布置
(b) 横截面
◇ 德国于 1984年建成的铁路桥
是一座 3跨简支的上承式组合桁
架体系。
◇ 跨径分别为 33.5m,43.5m，
33.5m。
◇ 该桥当初计划为 3跨连续体系，
考虑到负弯矩区需要设置预应力
钢筋，而改成简支体系。
◇ 上弦杆与腹杆的节点埋设在混
凝土桥面板中，通过上弦杆上面
及其两侧面焊接的直径 22mm的
焊钉连接件与混凝土桥面板相接
合。
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4
组合桁架桥 —实例
Nantenbach铁路桥 （ 德国 ） Lully高架桥 （ 瑞士 ）
组合结构桥梁设计新理念 同济大学桥梁工程系
5
组合桁架桥 —实例
日本的板桥川桥的桥面板构造
混凝土
主钢筋分布钢筋
焊钉 底钢板
L型钢
T型钢
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组合桁架桥 —实例
向家坝大桥的立面图 (cm)
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7
组合桁架桥 —技术特点
◇ 改进承重结构体系，不设或少设非承重杆件
板桥川公路桥的结构布置
(a)立面布置
(b)支座上的横截面 (c)跨中横截面
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8
组合桁架桥 —技术特点
桁架桥杆件布置情况的比较（板桥川桥）
项 目 以往桁架 桥 型 现 代桁架 桥 型
桥 面板
弦杆
横撑
上平 联
下平 联
组合结构桥梁设计新理念 同济大学桥梁工程系
9
组合桁架桥 —技术特点
◇ 改进承重结构体系，不设或少设非承重杆件
桁架桥杆件数量及其重量的比较（板桥川桥）
项 目 以往桁架 桥 现 代桁架 桥 现 代 /以往
大型板件数量 6700 2917 0.44
大型板件重量 (tf) 1050 1062 1.01
小型板件数量 12700 10850 0.85
小型板件重量 (tf) 270 217 0.80
杆件数量 1560 713 0.46
板件 焊 接 总长 度 (mm) 11300 3341 0.30
杆件 焊 接 总长 度 (mm) 25800 20472 0.79
组合结构桥梁设计新理念 同济大学桥梁工程系
10
组合桁架桥 —技术特点
◇ 实行多跨连续梁体系，少设或不设伸缩缝
◆ 各跨跨径为 56.0m+60.0m+56.0m，桥面宽为 11.5m
◆ 纵向节点间距为 4.0m，不设上平联，横撑仅设在支座上的主桁之间
日本的小白仓桥的结构布置 (mm)
(a) 立面布置 (b) 横截面
组合结构桥梁设计新理念 同济大学桥梁工程系
11
组合桁架桥 —技术特点
◇ 实行多跨连续梁体系，少设或不设伸缩缝
◆ 体外索的布置状况，每个桥墩处共用 6根
体外索布置 (mm)
组合结构桥梁设计新理念 同济大学桥梁工程系
12
组合桁架桥 —技术特点
◆ 体外索转向、锚固装置，两者都是设置在主
桁间的横杆上
体外索的偏向与锚固装置
(a) 偏向端
(b) 锚固端
上横杆
体外索
下横杆
体外索
组合结构桥梁设计新理念 同济大学桥梁工程系
13
组合桁架桥 —技术特点
◇ 改善节点设计，采用高强螺栓或焊接
◆ 以往桁架桥为了反映铰接特点，其腹杆是采取插入两块节点板间、并将翼缘与节
点板栓接的方法。可是近年来，腹杆与弦杆之间采用对接方式连接的桥例在增多。
◆ 所谓对接方式连接就是腹杆翼缘直接与弦杆节点板、腹杆腹板直接与弦杆连接板
之间采用高强螺栓接合。这样通过把腹杆的翼缘及其腹板都与弦杆直接连接，节点
连接就变成刚性接合，应力传递更加明确。
桁架节点形式的比较
(a) 以往的节点 (b) 现代的节点
组合结构桥梁设计新理念 同济大学桥梁工程系
14
组合桁架桥 —技术特点
◇ 改善节点设计，采用高强螺栓或焊接
对接式节点的构造例 (单位,mm)
(a) 上弦与腹杆的连接 (b) 下弦与腹杆的连接
组合结构桥梁设计新理念 同济大学桥梁工程系
15
组合桁架桥 —技术特点
◇ 钢桁架与混凝土桥墩固结
钢桁架与桥墩固结的一例 (单位,mm)
顺桥向 横桥向
锚杆
下弦
焊钉
锚杆
混凝土桥墩
砂浆
锚梁
预埋梁
预埋梁
后浇
混凝土
先浇
混凝土
橡胶块
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组合桁架桥 —上承式组合桁架桥的实例
◇ 椿原公路桥的概要（日本）
◆ 道路规格：第 1种 3级 B规格
◆ 设计速度,80km/h
◆ 桥梁长度,322.0m
◆ 跨径布置,82.3m+155.0m+82.3m
◆ 有效宽度,10.06m
◆ 平面线形,R=1300m
◆ 纵向坡度,1.37%，横向坡度,3.50%
◆ 支座形式：端桥墩为水平反力分散支座，中间桥墩为减震支座
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17
组合桁架桥 —椿原公路桥的概要
椿原桥的布置与横截面 (mm)
(a) 立面布置
(b) 跨内的横截面 (c) 桥台上的横截面 (d) 桥墩上的横截面
组合结构桥梁设计新理念 同济大学桥梁工程系
18
组合桁架桥 —体系构成
◇ 该桥通过焊钉连接件把钢桁架上弦杆与混凝土桥面板相连，使两者成为一个整
体共同工作，达到利用混凝土桥面板支援钢桁架上弦承担压力的目的。
◇ 同时在桥面板两个方向都施加预应力，不仅提高自身强度，也达到省去上横联、
简化结构体系、节省造价的目的。
上弦
下弦
预应力混凝土桥面板
斜腹杆
竖向横撑
下横联
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组合桁架桥 —完成后的照片
组合结构桥梁设计新理念 同济大学桥梁工程系
20
组合桁架桥 —钢桁架的设计
◇ 该桥钢桁架是对以下的 3种荷载状态进行验算。
◆ 设计荷载作用，验算相当于使用荷载作用时
杆件是否超过容许应力。
◆ 疲劳荷载作用，仅对需要验算疲劳强度的部
位加以验算。
◆ 极限荷载作用，验算在极限荷载组合作用下
杆件是否超过屈服强度。
组合结构桥梁设计新理念 同济大学桥梁工程系
21
组合桁架桥 —钢桁架的设计
◇ 杆件交会点不同时的节点构造形式
◆ 杆件交会点取为组合截面形心时，节点板所需长度增大；
◆ 杆件交会点取为组合截面形心时，各杆件截面力稍为变小，而节点会产生较大的局
部拉应力；
◆ 杆件交会点取为组合截面形心时，焊钉连接件上作用很大的拉拔力，最大值达到取
为弦杆截面形心时的大约 8倍。
杆件交会点不同时的节点构造形式 (单位,mm)
(a) 交会上弦截面形心 (b) 交会组合截面形心
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组合桁架桥 —连接件的设计
◇ 强度高、直径大、长度长的焊钉连接件
◆ 直径为 25mm、长度为 500mm的高强度焊钉。
◆ 考虑到需要根数较多、布置容易，采用较少使用
的直径大、强度高的焊钉。
◆ 为了保证能够有效地承担拉拔力，所取焊钉长度，
就需要确保能够伸到桥面板中性轴附近，可是
过长的焊钉焊接在钢桁架上不便于运输及吊装。
◆ 该桥考虑到这些因素，使用由两段通过螺帽接合
而成的焊钉，下段杆长度有 2种、即 75mm及其
150mm，相互分开布置，焊接在钢桁架上弦杆，
待架设完毕后再与上段杆用螺帽连接。
◆ 焊钉头部也加工成螺纹，拧上螺帽来代替以往焊
钉的柱头。
连接件的形状与尺寸 (单位,mm)
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组合桁架桥 —连接件的设计
◇ 焊钉群的使用
◆ 组合板梁、箱梁主要受弯剪作用，轴力很小；而组合桁架在节点处还受到很
大的轴力，由这个弦杆轴力所引起的弦杆与桥面板间的水平剪力很大。
◆ 因而，组合桁架在节点处附近的弦杆与桥面板间就有 2种水平剪力作用、即
由截面剪力与弦杆轴力各自产生的水平剪力，其大小也比节点间要大很多，
这样节点处就需要集中布置相当多的焊钉连接件。
◆ 采用焊钉群，即把几个焊钉以较小间距集中设置，再以较大间距把焊钉群分
散布置。给桥面板施加预应力后，再用无收缩砂浆填充焊钉群的预留孔。
预留孔处的钢筋布置
预应力钢筋 钢筋 钢筋
钢筋 钢筋焊钉
预应力钢筋
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组合桁架桥 —连接件的设计
◇ 焊钉群的布置实例
◆ 节点处的焊钉间距沿纵桥向为杆部直径的 5倍、即 125mm。
◆ 沿横桥向有 2种布置、即 3× 150mm与 6× 75mm。
◆ 节点间焊钉间距一般取为 125mm，尽可能把预留孔设计小一些。
◆ 预留孔以外的上弦杆与桥面板间设置橡胶垫，减小施加预应力时两者间摩擦。
焊钉连接件的纵向布置 (单位,mm)
桥面板 预留孔
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组合桁架桥 —连接件的设计
◇ 焊钉连接件的验算
◆ 首先根据水平剪力确定焊钉的根数；
◆ 然后再同时考虑拉拔力的影响验算焊钉承载力。
焊钉连接件验算的框图
计算各弦杆的水平剪力
分析群钉影响系数
假定焊钉连接件的根数
计算设计剪力 (q)
计算设计拉拔力 (p)
验算焊钉连接件的承载力
否
1
22
???
?
?
???
??
???
?
???
?
aa p
p
q
q
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组合桁架桥 —施工方法
◇ 施工步骤
◆ 首先在中间 2个桥墩处设置斜向及其竖向支撑，用履带式吊机将由弦杆与腹
杆组成的 9个三角形桁架吊装到位；
◆ 用固定支架浇注其中 3个节间的混凝土桥面板并施加预应力。
◆ 焊钉群预留孔中填充无收缩砂浆，使上弦杆与桥面板形成组合体系。
悬臂施工 吊装施工 吊装施工悬臂施工 悬臂施工
斜撑 斜撑
吊机 吊机搬运车作业车 作业车
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组合桁架桥 —施工方法
◆ 每次仅以 2节间混凝土桥面板为对象施加预应力，全部施加后再浇注预留孔。
纵桥向预应力施加示意图
(a) 平面图
(b) 立面图
上弦 预应力钢筋
已填预留孔 张拉
张拉
已填预留孔
预应力钢筋 锚固端 预留孔
对 2节间施加预应力
