无缝桥梁的分类特点

经国际无伸缩缝桥梁学会（IAJB）工作会议讨论通过的无伸缩缝桥梁的定义为：两端引板末端范围内，上部结构为连续结构、无伸缩装置的桥梁，简称无缝桥。

定义中的引板，是指无缝桥中与主梁相接的桥头搭板，参与主梁的纵桥向伸缩变形和受力，并将部分伸缩量从主梁引到搭板与接线道路相接处。中文采用“引板”一词，使其区别于传统的“搭板”，此翻译也与英文“Approach Slab”的原意一致。

在上述无缝桥定义中，“上部结构”指主梁、桥面板和引板（搭板）。桥台处，主梁与引板应为连续结构，不设伸缩缝，也无伸缩装置。多跨时，相邻跨主梁为连续结构（连续梁或连续刚构）时，桥面板自然为连续结构，相邻跨结构之间无伸缩缝，也无伸缩装置。当相邻跨主梁不为连续结构（简支结构）时，桥面板必须为连续结构，桥面板之间无伸缩缝和伸缩装置，但主梁之间有伸缩缝，这种主梁简支、桥面连续的结构，可称为“仅桥面连续结构”。这种类型的桥，在中国和美国应用较多，对于小跨径桥梁和既有桥梁改造，简单易行，受到工程技术人员的欢迎。

无缝桥桥台根据上部结构与下部结构的联结方式，可以是上下部联成整体的整体式桥台、仅部分联成整体的半整体式桥台和不联成整体的延伸桥面板桥台。无缝桥采用整体式桥台和半整体式桥台，具有较广泛的共识。但延伸桥面板桥台，许多国家没有提及，如英国整体桥设计指南，它将半整体桥也归在整体桥中，但没有延伸桥面板桥。然而，这种桥梁结构简单、概念清晰、适用范围广，尤其是在旧桥改造中，在美国有较多的应用，在中国应用比例也较大。因此，将其归入无缝桥行列，便于中国今后的推广，尤其是既有桥梁的改造。采用整体式桥台、半整体式桥台和延伸桥面板桥台的无缝桥，分别简称为整体桥、半整体桥和延伸桥面板桥。它们是无缝桥的3个主要类型。除此之外，还有其他种类，如门式刚构桥或箱涵、无桥台桥梁等，但由于其应用不多，不单独分类，全部归为“其他类”。

中国从20世纪90年代开始了无缝桥的研究与应用。1998年，在湖南益阳至常德高速公路上建造的益常高速跨线天桥，为中国修建的第一座无缝桥。该桥为（11.4+33.2+11.4）m连续梁，薄壁整体式桥台。

然而，截至到2018年1月，调查收集到中国已建和在建的无缝桥共47座，已经完成设计的无缝桥梁有16座，总数为63座，占比不足全部公路桥的万分之一。

中国无缝桥的修建，总体上呈缓慢增长趋势。同时，在时间上呈非连续状。因参与无缝桥科研与应用的单位少，应用多以科研项目的依托工程为主，形成明显的时间段。在地域上，调查结果表明：中国大陆地区目前仅有10个省、市、自治区有修建无缝桥，仅占32%，普及率极低。美国2009年的调查，共有41个州有修建无缝桥，占州数的82%，普及率较高。美国共建成无缝桥16900余座，占全部桥梁的3%。在各州中，密苏里州有4000多座，田纳西州有2000多座，爱荷华州、堪萨斯州、华盛顿州等都超过了1000座。美国2004年无缝桥的总数与相对数分别是中国的422倍和467倍。

无缝桥技术在欧洲也相当成熟，一些便于推广的地区，其应用率已超过40%；英国在桥梁设计手册中列有专门的章节介绍无缝桥的设计，提出全长不超过60m、斜交角度不超过30°的桥梁都要优先考虑建造无缝桥。相比而言，中国无缝桥的应用数量过低

在已建和在建的无缝桥中，我国以延伸桥面板桥为主，有24座，占比51%，图2为中国的三种无缝桥应用比例与美国2004年调查结果的对比。

美国的无缝桥应用类型，约9000座为整体桥，占53.3%；约4000座为半整体桥，占23.7%；约3900座为延伸桥面板无缝桥，占23%。2009年马里兰大学专门对整体桥进行了调查。调查结果表明：美国有41个州应用整体桥。其中有8个州的应用数量超过了1000座。

无缝桥除了在养护、全寿命和可持续发展方面的优势外，还有两个特别明显的优点：一是结构整体性好、耗能性强、防落梁效果突出，抗震性能明显优于有缝桥，尤其是整体桥。因此，国外在地震高烈度地区（如美国加州）有较多的应用；二是由于无缝可避免寒冷地区冬季防冰盐从伸缩缝流到支座与下部结构带来的腐蚀问题，因此在国外的寒冷地区也得到较多的应用。中国既有无缝桥地域分布与此两个因素无明显相关性，应用地区主要与当地对该技术的重视程度有关。可见，对无缝桥的认识还不够全面和深入，对其优点没有得到普遍的认可；从另一侧面说，中国对无缝桥的认同、研究和应用任重道远。

在三种无缝桥中，整体桥整体性最好，不仅取消了伸缩缝和伸缩装置，还取消了支座，可持续性也最好，在美国无缝桥中应用最多，欧洲、澳洲等也基本如此，而在中国则是三类桥中应用最少的。与之相反，中国的无缝桥中应用最多的则是延伸桥面板桥。整体桥采用整体式桥台，桥台与上部结构联成整体，需要采用柔性基础来吸纳上部结构的温度变形。美国的整体式桥台基础以Ｈ形钢桩这种柔性桩为主，而在中国桥台基础以刚性扩大基础或混凝土桩为主，钢桩应用极少，它制约了整体桥在中国的应用与发展。加上整体桥与过去传统的有缝桥设计理念有较大差异，工程界接受还需要一定时间，这也影响了其在中国的应用推广。延伸桥面板桥，可理解为将桥面上的伸缩量引伸到引板（搭板）与路面接缝处，概念易为工程师理解，且构造简单，施工方便，应用阻力小。目前，无伸缩缝桥梁在中国处于起步阶段，所应用的桥梁总长不长，虽然这种桥的整体性、耐久性（有支座、桥台处还是有缝）逊于整体桥，但比起有缝桥来说，优点较为突出，而且不管其在新建还是旧桥改造中都简单易行、造价低廉，因此科研人员也择易而行，故它的应用在中国较多。

无缝桥与有缝桥主要不同，在于纵桥向的温度伸缩变形是否通过伸缩缝释放，所以桥长是衡量无缝桥技术水平的一项重要指标，这与一般桥梁以跨径为主要技术水平指标不同。由于无缝桥引板与上部结构联成一体，一些规定将引板长度计入桥长范围内，这与有缝桥的桥长规定有所不同。此外，各国各地对无缝桥的规定也不尽相同。为了比较方便，该文采用多孔跨径总长（简称总长）作为统计参数。中国无缝桥的多孔跨径总长应用范围为10-160m，平均长度58.7m，总跨径各区间百分比。其中不大于100m的无缝桥有57座，占比91%，是中国无缝桥的主要应用对象，而大于100m的仅6座。

整体桥多孔跨径总长范围为48～120m，平均长度77m；最长的是福建省永春县的上坂大桥，多孔跨径总长120m；国外最长的是意大利的Isola della Scala桥，总长400.8m，美国最长的是358.4m的田纳西州Happy Hollow Creek桥。半整体桥中，总长范围是20～160m，平均61m；最长的是总长160m的位于云南昆明安宁-晋宁高速公路的小海口桥。延伸桥面板桥中，总长范围为10～109m，平均54m；最长的是109.25m的广东清远龙塘桥，为旧桥改造项目。这反映了我国对延伸桥面板无缝桥技术的偏好，同时也必须看到设计施工能力与发达国家的差距。

跨径与跨数

无缝桥的单孔跨径以15～20m为最多，共有32座，占52%；建成桥梁中，最大单孔跨径为33.2m，是湖南益阳的益常高速跨线天桥，上部结构为（11.4+33.2+11.4）m的三跨连续梁。从单孔跨径指标来看，中国所建的桥梁也均属于中、小跨径桥梁。在跨数方面，由图5可知：单跨、3跨与4跨的无缝桥在中国应用较多，分别为25座、18座和10座。跨数最多的是广东清远的龙塘桥，上部结构为（2x11,4+11.1+11.65+4x9.15+2x13.55）m钢筋混凝土Ｉ形梁，相邻两跨梁肋间加设连接钢板，桥面连续。

上部结构

在已知材料与结构形式中，钢筋混凝土的有16座、预应力混凝土的有46座，二者占总数的98%，另有1座为钢－混凝土组合材料。无缝桥应用以中小桥为主，其上部结构材料与中国公路中小桥梁以混凝土桥梁为主的现状相适应。仅有1座钢-混凝土组合梁无缝桥是浙江湖州的息塘桥，为Q235耐候工字钢和整体现浇混凝土桥面板组成的简支组合梁。随着中国钢桥与钢-混凝土组合的应用不断增多，相应的无缝桥修建可能成为未来的一个发展方向。空心板桥应用最多，占70%以上，这与跨径应用以中小跨径为主有关。

国外在既有桥梁无缝化应用与研究方面也刚刚起步，正在投入大量精力研究实践。因此，选择从既有桥梁无缝化改造为突破口的发展战略，可实现中国无缝桥梁的跨越式发展，走出具有中国特色的发展道路。福建漳州十里桥、锦埔桥等为此提供了成功经验。  

无缝化改造的优势

优势一：旧桥混凝土徐变已基本完成

既有桥梁已经使用多年，其混凝土收缩和徐变已经基本完成。因此既有桥梁无缝化改造后，由于混凝土伸缩和徐变产生的次应力和主梁变形，比新建的整体式桥台桥梁小很多。

优势二：不均匀沉降基本已经完成

既有桥梁的基础不均匀沉降基本已经完成。因此既有桥梁无缝化改造后，由于基础不均匀沉降引起的次应力，也比新建的整体式桥台桥梁小很多。

优势三：不同构件之间的不均匀变形基本已经完成

既有桥梁不同构件之间的不均匀变形基本已经完成。因此既有桥梁无缝化改造过程中，连接上部结构和下部结构并不会产生额外的力。

优势四：不会出现混凝土开裂

既有桥梁已经存在主梁和桥面板。因此新建整体式桥台桥梁，由于主梁和桥面板施工工序所出现的混凝土开裂问题，在既有桥梁无缝化改造过程中不会出现。

优势五：排水系统和其他附属设施已经得到检验

既有桥梁的排水系统和其他附属设施的使用效果已经得到检验。如果存在问题可以在无缝化改造过程中一起改进。可以充分了解既有桥梁的温度变化、地质情况等，从而更好地选择合适的无缝化改造方式。

改造为整体桥的案例

福建省漳州市的锦浦桥，桥长52.8m，桥宽30m，上部结构为3孔钢筋混凝土空心板梁，标准跨径16m；下部结构为双柱墩、埋置式桥台，基础均为灌注桩。桥梁上部结构病害严重，下部结构技术状况良好，决定将其改造为整体桥。为减小整体化后结构的超静定次数、及其由此引起的温度次内力，上部结构与墩、台的联结采用铰接，这样结构体系既不是采用支座联结的连续梁，也不是采用刚性联结的连续刚构，而是介于二者之间的一种准刚构。主梁与墩台基础之间只传递竖向力、水平力，但不传递弯矩。

桥为旧桥和新桥组成的双幅桥，旧桥宽12.5m。随着交通流量不断提高和超载车辆的日益增加，旧桥病害严重，故对其进行加固改造。桥墩处将每跨空心板梁端混凝土凿除，加设负弯矩筋，并与原纵向钢筋连接，浇筑微膨胀混凝土将相邻跨两梁连为一体，形成连续板。为抵抗结构连续化改造后内支点的负弯矩，并提高斜截面抗剪承载力，对支点进行了截面壁厚加大的处理。桥台改造时，凿低桥台背墙高度使台后引板通过，背墙顶设有一层油毛毡作为滑动面。梁端与搭板间布置下部联结钢筋来传递轴向力。引板与背墙间设置一道施工缝，缝上部填塞软木条，以防止主梁转角变形向引板传递，减小联结处的负弯矩、控制裂缝的产生。每侧桥台后，设置2块引板，2块引板间、搭板与路基间，各设置1条胀缝来吸收桥梁上部结构（包括搭板系统）产生的纵桥向位移，并缓解刚性路面约束膨胀引起的纵向压力。引板底均匀铺设一层细砂，以降低搭板与地基的摩阻力，更好地传递主梁的伸缩变形。