魚脊式連續梁橋是一種結構形式新穎、特殊的梁橋。其主梁由箱梁和魚脊墻（立墻）兩部分組成，區別于板拉橋。魚脊梁的箱梁和魚脊墻兩部分為一個整體，作為整體截面共同參與受力。通過將預應力束布置在負彎矩區的魚脊之中，使預應力束更貼近內力圖的形狀，以加強連續梁的受力性能。由于魚脊式連續梁橋特殊的結構形式，使其具有結構剛度大、支點負彎矩大、跨中彎矩及下撓小等受力特點。本文基于上海浦東新區兩港公路大治河魚脊梁橋的研究成果，對這一橋型進行拓展研究，旨在進一步分析魚脊式連續梁橋的力學特性和關鍵技術。

魚脊梁橋發展歷史及景觀設計理念

世界上第一座魚脊梁橋，是1969年由德國工程師Dyekcihoff和Widmumm為通勤鐵路而建造的一座梁橋，坐落于德國Nuremberg市。而這也使魚脊梁橋作為一類全新的橋型登上了歷史舞臺。

在該橋之后，德國，美國，瑞士，墨西哥和日本也紛紛建造了自己的魚脊梁橋，這些橋梁因為受力形式新穎，橋型獨特，展現出一種獨特的魅力。同時，在尺度和造型上也各有特點。其中，瑞士的Pont Sur Le Rhone橋采用雙片魚脊的形式，造型新穎；而墨西哥的Papagayo橋，主跨171m，為目前世界上跨徑最大的魚脊梁橋。

上海浦東新區兩港公路大治河魚脊梁橋為國內首座魚脊連續梁橋,建于2012年,主跨達到158m,支點處魚脊墻高20m,箱梁高3.5m,氣勢恢弘,是世界第二大跨徑魚脊梁橋。

圖1 大治河橋總體布置圖

然而，魚脊梁橋雖然已經經過了幾十年的發展，但由于某些原因，并沒有得到很好的推廣，對于魚脊梁橋的方案創作來說，如何將魚脊墻的尺度與受力和景觀的雙向要求結合起來，是魚脊梁橋方案創作的要點。

在陸元春等編著的《大跨預應力混凝土魚脊連續梁橋關鍵技術》一書中，給出了魚脊墻高度的建議值：中支點處截面高度與橋面寬度、魚脊墻橫斷面布置等有關，高跨比一般取1/20～1/10，并根據受力要求最終確定。

而從景觀效果上考慮，筆者認為，魚脊墻作為一種橋面以上的結構，能夠有效地豐富橋面造型，解決連續梁橋面過于空曠單調的問題，但是，如果魚脊墻尺度和橋梁寬度跨度比例不協調時，往往也很難得到讓人滿意的效果。綜合考量受力與景觀效果的要求，筆者認為，魚脊墻的尺度應按以下原則去確定——

（1）橋梁周邊建筑物較多，空間較擁擠時，魚脊墻高度取小值。

（2）橋梁周邊空間較空曠，但遠處景物較多，希望橋面視野通透時，魚脊墻高度取小值。

（3）橋梁周邊空間較空曠，且希望強調橋梁尺度時，魚脊墻高度取大值。

（4）橋梁跨徑小于100m時，魚脊墻高度取小值；大于200m時，取大值。橋梁跨徑介于兩者之間時，魚脊墻高度先按上述值內插，再結合上述情況酌定。

不同魚脊高度和中跨主梁材料

的魚脊梁的力學特性

為了分析魚脊連續梁的力學特性，通過空間梁單元模型（Midas/civil），對不同魚脊高度的魚脊連續梁橋進行計算分析。對于魚脊式連續梁橋來說，由于支點處魚脊的截面高度較大，因此，在采用梁單元模型對魚脊式連續梁橋進行計算分析時，要考慮截面的剪切變形對主梁的影響。

大治河橋的跨徑為92m+158m+92m。箱梁梁高為3.5m，主梁寬35m。魚脊墻在支點處高度為20m（如圖1）。為了得出魚脊墻的高度和跨度對魚脊式連續梁受力特性的影響規律，基于大治河橋的跨徑、梁寬和箱梁高度，擬定了兩個方案，一個是混凝土魚脊式連續梁橋（以下簡稱橋二），將魚脊墻支點處高度減半，然后控制合理的魚脊跨度，使結構受力合理。另一個同樣將支點處的魚脊墻高度減半，而在中跨采用鋼-混凝土混合梁（以下簡稱橋三）的形式，減小中跨恒載自重。兩橋混凝土箱梁斷面相同，總體布置及斷面圖分別如圖2、圖3所示。

圖2 橋二總體布置及斷面圖

圖3 橋三總體布置及鋼梁斷面圖

經過計算分析，可得三座橋的恒載下彎矩結果如下——

圖4 大治河橋（左）、橋二（中）、橋三（右）的恒載彎矩圖(KN·m)

車輛荷載下彎矩結果如下——

圖5 大治河橋（左）、橋二（中）、橋三（右）的車輛荷載彎矩圖(KN·m)

彎矩具體數值如表1。

通過對比以上結果，可得結論——

（1）對比三橋恒載彎矩可知，魚脊式連續梁橋，由于魚脊高度較大較重，因此恒載下的彎矩受魚脊體量的影響較大，總體來說，魚脊高度越高，支點處負彎矩越大，跨中正彎矩越小。魚脊墻的跨度越大，負彎矩區越長，當魚脊墻遍布整個連續梁時，全橋近乎全為負彎矩區，只有極小區段存在些許正彎矩。此時魚脊內部鋼束可承擔全橋絕大部分的受力，箱梁內部鋼束僅做施工及規范要求考慮。

（2）魚脊式連續梁橋如果魚脊墻較低，則依然會在中跨跨中和邊跨出現較長的正彎矩區，此時要注意箱梁下緣的配束，保證全橋結構的安全。

（3）觀察橋二彎矩可知，魚脊式連續梁橋負彎矩區的長度受魚脊墻的跨度影響。負彎矩區越長，邊跨正彎矩就越小，越接近支點。由于魚脊墻的跨度受魚脊墻的高度以及方案景觀效果的限制，因此，當魚脊墻不能完全包裹住負彎矩區時，則魚脊內部的鋼束也不能完全包裹全橋的負彎矩區。此時，在魚脊墻兩側魚脊剛剛消失處的截面，為此類型魚脊式連續梁橋的關鍵截面，要著重加強此處箱梁上緣的配束，保證結構的安全。

（4）觀察橋三彎矩圖可知，由于中跨采用部分鋼梁，自重降低，因此可以有效地降低中跨跨中的正彎矩，進而降低魚脊墻的高度及跨度，而魚脊墻由于不能伸入鋼梁之中，因此受限較大，則邊跨會出現較大的正彎矩，因此要注意正彎矩區的箱梁底板配束。同時，同樣要注意魚脊墻兩側魚脊剛剛消失處的截面上緣配束。

（5）對比三橋的車輛荷載下的彎矩大小可知，魚脊式連續梁橋的車輛荷載效應受魚脊墻體量的影響不大。

大跨度魚脊連續梁的力學特性分析

兩港公路大治河橋作為國內首座預應力混凝土魚脊連續梁橋，在魚脊式連續梁橋中，已經是世界第二大的跨度。而筆者在對魚脊式連續梁的受力特性進行分析之后，選擇進行更大跨徑的分析和嘗試。

在上一節的分析中，可以得出，對于魚脊式連續梁來說，支點處的負彎矩和魚脊的高度有關，跨中處的正彎矩和魚脊的高度、跨度有關。當魚脊的跨度近乎遍布全橋時，跨中可近乎不出現正彎矩，而支點處的負彎矩可以靠魚脊墻中的受力鋼束來承擔。

而通過采用鋼-混凝土混合梁的形式，可以降低中跨的自重，再通過魚脊墻高度跨度的調整，可以盡可能地降低邊跨和中跨的跨中正彎矩，減少邊跨跨中部分箱梁下緣的配束。因此，擬定跨徑為92m+250m+92m。其中，中跨中間的100m采用鋼梁，而魚脊墻仍然采用20m的高度，而在中跨采用鋼梁，既可以降低中跨的紙張，又可以保證中間魚脊墻的跨度近乎覆蓋整個混凝土梁的部分，整體布置如圖。

圖6 大跨度魚脊連續梁總體布置圖

可以看出，由于魚脊墻和中跨鋼梁的存在，可以很好地控制跨中的正彎矩。全橋自重下的內力如圖。

圖7 大跨度魚脊連續梁恒載下彎矩圖（KN·m）

全橋各關鍵截面內力及車輛荷載下最大撓度如表2。

由恒載彎矩圖可以看出，本橋在邊跨混凝土梁的部分仍然幾乎未出現正彎矩，而中跨雖然跨度較大，但由于采用了鋼梁，降低了自重，中跨的正彎矩為1.94e5KN·m， 并不大，支點處的負彎矩為-4.08e6KN·m，與兩港公路大治河橋基本處于同樣的數量級。而由上節結論可知，車輛荷載受魚脊墻的體量影響不大，因此，本橋依然可以滿足魚脊式連續梁正彎矩較小，全橋（混凝土區）恒載下近乎沒有正彎矩的受力特點。同時，車輛荷載作用下最大下撓值在規范允許范圍(L/600)內。而本橋魚脊墻的高度和跨度也可以支持魚脊墻內有足夠的配束，可以基于大治河橋的配束方式并加以適當的調整，最終使整個結構合理可行，從而進一步提高魚脊式連續梁橋的跨度。

通過不同魚脊墻高度、不同跨徑以及不同主跨主梁材料等的魚脊式連續梁橋的參數化分析，得到結論如下——

（1）在進行魚脊式連續梁的設計時，應將受力和景觀的雙向要求結合起來去確定魚脊墻的尺度。

（2）魚脊式連續梁的恒載內力受魚脊墻的尺度影響較大，總體說來，支點處魚脊墻越高，連續梁的支點負彎矩越大，跨中正彎矩越小；魚脊墻的跨度越大，全橋負彎矩區就越長，正彎矩區越短，合理地控制魚脊墻的高度和跨度，可以達到理想的內力效果，充分利用魚脊內部鋼束承擔受力。

（3）當魚脊墻尺度較小時，應在美學比例允許的條件下，盡量增大魚脊墻的跨度，使魚脊墻盡可能地涵蓋負彎矩區，充分利用魚脊內部的鋼束；當魚脊墻不能完全涵蓋負彎矩區時，魚脊墻端部的兩側箱梁斷面為此類型魚脊式連續梁特有的關鍵截面，應合理計算頂板腹板配束，保證結構安全。

（4）采用鋼-混凝土混合梁可以很大程度降低中跨自重，進而降低支點處負彎矩峰值，達到降低魚脊墻高度，或者增大中跨跨度的目的。