1）桁架主梁

桁架式加劲梁是最早应用于大跨度悬索桥的加劲梁形式，其抗扭刚度和竖向刚度较大，抗风性能较好，是大跨铁路桥、公铁两用桥和双层桥面桥梁的首选加劲梁形式。与格栅桥面、稳定板等气动措施配合使用，将具备良好的颤振稳定性。如图12-22和图12-23所示，1998年日本建设了跨度达1 991 m的钢桁梁悬索桥——明石海峡大桥（Akashi Kaikyo Bridge）。没有采用气动措施前，颤振临界风速约为40 m／s，不满足颤振稳定性要求。为确保大桥的抗风安全和使用性，明石海峡大桥主梁中央隔离带和两边侧设立钢格网明桥面，主梁桥面下部安装中央稳定板，如图12-24所示。此时颤振临界风速达85 m／s，满足颤振稳定性要求。

图12-22　日本明石海峡大桥

图12-23　日本明石海峡大桥主梁截面（尺寸单位：m）

图12-24　日本明石海峡大桥加劲梁气动措施

桁架主梁将公路和铁路分别布置到桥梁的上、下两层，由于铁路对平稳运行的要求较高，所以一般下层布置铁路桥面，上层布置公路桥面。但当桥梁位于深谷山区，衔接位置的铁路隧道位置较高时，也可以采用将铁路布置在上层，公路布置在下层的方式。分层共建的优点如下：提高主梁的抗扭刚度和抗弯刚度，满足铁路行车的平稳性要求；此外，公铁双层布置可以增加行车空间，分离公路和铁路系统的养护，使两者互不干扰，一方出现问题时，对另一方的影响较小。分层共建的缺点如下：由于上层桥面布置较高，会导致引桥部分的规模较大，合建过渡位置的构造复杂，施工要求高，难度大。与同层共建相比，分层共建梁高较大，受风面积较大，宽跨比相对较小，横向刚度相对较小。

2）整体钢箱梁

英国1966年建成的威尔士塞文桥（Severn Bridge）是世界上第一座采用扁平流线型钢箱梁作为加劲梁的悬索桥（L=987 m），采用流线型钢箱梁是桥梁加劲梁设计上的一次革命。如图12-25和图12-26所示，这种加劲梁截面具有较大的刚度、较小的风阻和良好的抗风性能。该桥于1966年9月建成通车，由英国盖尔巴特·劳巴茨领导的费里曼·福克斯咨询公司独立设计。目前整体式钢箱梁已经应用于大跨度公铁两用桥，如土耳其博斯普鲁斯海峡第三大桥，如图12-27所示。

图12-25　威尔士塞文桥

图12-26　威尔士塞文桥最终实施截面图（尺寸单位：m）

图12-27　土耳其博斯普鲁斯海峡第三大桥主梁

3）箱桁结合主梁

采用箱桁结合主梁是公铁两用大桥发展的趋势。某桥跨度大，对刚度的要求严格，主梁受力较大，选用刚度大且承载力高的主梁类型。在方案构思之初，曾构思了以下三种主梁类型，如图12-28所示。(www.daowen.com)

图12-28　某铁路桥主梁构思方案

对以上三种主梁类型进行比选：方案一由于主梁刚度差，必须采取其他额外手段来提高桥梁结构的刚度；方案二与方案三均适合大跨铁路桥主梁断面，但方案三尚无工程实例，技术尚不成熟。综合考虑，由于方案二具有主梁刚度大、受力合理、桥面行车条件好、经济性好等优点，主梁采用方案二。采用钢桁主梁的桥梁有日本横滨港湾大桥、芜湖长江公路二桥、沪通长江大桥等桥梁。如图12-29所示［6］，今后可以考虑设计分体式箱桁组合加劲梁，采用双分体和三分体箱桁组合加劲梁，将提高大跨度桥梁的颤振稳定性。

4）分体式主梁

分体式钢箱梁是继整体式钢箱梁后重要的桥梁断面革新。一般而言，采用分体式加劲梁能够较大幅度地提高桥梁颤振临界风速。加劲梁的设计原则是要获得一个足够高的颤振临界风速而又不过分增大截面尺寸，这种理念在对意大利墨西拿海峡大桥的研究中得到充分体现。如图12-30所示，意大利墨西拿海峡大桥主跨3 300 m，加劲梁是由三个分离的流线型钢箱梁构成，桥面上下气流几乎不受干扰的自由流动，其颤振临界风速达到83 m／s。

丹麦的Larsen采用DVMFLOW模拟和风洞试验方法针对直布罗陀海峡大桥的双分体式主梁断面进行了颤振研究，研究表明采用分体式加劲梁能有效降低静力三分力系数，获得满意的气动导数，且无明显的旋涡脱落，因而是一种能获得最佳气动性能的有效方法。直布罗陀海峡大桥双分体式主梁悬索桥对于主跨3 550 m和5 000 m的两种方案，其颤振临界风速分别达到76 m／s与67 m／s。直布罗陀海峡峡谷线桥梁方案公铁两用桥加劲梁截面如图12-31所示。

图12-29　分体式箱桁组合加劲梁

图12-30　意大利墨西拿海峡大桥原设计方案主梁截面（尺寸单位：m）

图12-31　直布罗陀海峡峡谷线桥梁方案公铁两用桥加劲梁截面（尺寸单位：m）

日本学者研究了加劲梁上附加中央稳定板和水平稳定板措施对进一步提高中央开槽断面悬索桥气动性能的作用。以主跨2 500 m的悬索桥风洞试验为例，在中央开槽、中央开槽加中央稳定板和中央开槽加中央稳定板及水平稳定板三个方案中，节段模型风洞试验结果表明，从中央开槽方案到中央开槽加中央稳定板方案，其颤振临界风速提高35%并达到62 m／s；在此基础上再加上水平稳定板后，其颤振临界风速又进一步增加33%而达到82.5 m／s。另外一项风洞试验研究结果表明，主跨3 000 m的悬索桥加上中央稳定板与水平稳定板后，其颤振临界风速提高了38%。

由于铁路荷载较大，铁路对称布置在中轴线处，而公路布置在铁路两侧，减小横向扭转变形的发生。当桥面较宽时，同层共建可以为桥梁结构提供较大的横向刚度，适用于对横向刚度要求较大的大跨度桥梁。

5）其他主梁结构

香港青马大桥加劲桁梁为钢桁与钢正交异性顶底板组合式结构，香港汲水门大桥的加劲梁为箱形钢骨架和混凝土顶底板组合结构，参见本书第1章。如图12-32所示，白令海峡大桥主梁分为三层：顶层用于车辆交通，中层用于高速火车，底层用于石油和天然气管道。下面的两层采用封闭式，可全年通行，而顶层在一年中只对汽车和卡车开放4个月。

图12-32　白令海峡大桥