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刚架是“刚性框架”的简称，其指梁-柱固结形成的框架结构。桥梁工程中的刚架桥，是指那些在竖向及水平荷载传递中表现出明显框架作用的结构。这里的“框架作用”，通常是指墩-梁固结，角隅节点可有效承受和传递荷载，整个体系表现为有推力的压弯结构。刚架桥的类型多样，基本形式为门形和梯形（图1a）。门形/梯形刚架立柱与基础的连接，可以是固结或铰接；结构所用材料，可以是钢材、（预应力）钢筋混凝土或两者结合；梁部截面的形式，可以是箱形、肋板或两者结合。 
图1 刚架桥分类 单跨/多跨门形刚架（图1b）特别适用于跨度不大的跨线桥或下穿式立交（地道桥）。它的问世，曾极大促进了早期分层立交的发展。这类桥梁的特点是：梁高可减小，桥下净空可增大；用料较为节省（一定程度上可节约桥台及基础的材料用量），经济指标较好；但设计较繁琐（需要考虑台后填土的影响），施工较为复杂（混凝土桥需要现浇），更换也麻烦。在门形刚架的柱脚之间增设水平构件，就形成箱形框架桥。其可视为混凝土刚架桥的一个特例，主要用于在软土地区建桥和解决线路平交问题。在软土地区建桥时，多采用原位浇筑或预制箱段拼装施工；用于解决线路平交问题时（大多是在既有铁路下方新建下穿通道），采用预制顶进法施工。可将单跨门形混凝土刚架的支墩与桥台合并，借此简约构造，节约材料，进一步减少梁高。例如，2008年瑞士建造的施塔格马特桥（Stägmattbrücke，图2），是一座柔细的预应力混凝土板梁刚架桥，桥长60m，桥宽10.8m，净跨38.5m，梁高从梁端的1.6m减少到中间的0.8m，高跨比（跨中）为1/48。
图2 瑞士施塔格马特桥 若把单跨门形混凝土刚架桥用于大跨，立柱或支墩就可能难以承受荷载作用，需要配置边跨（以减少传递到桥墩的弯矩），构成带边跨的门形刚架桥（图1c）。建成于1988年的西西雅图高桥就是一个典型实例（图3）。该桥采用预应力混凝土双箱单室构造，分跨114 180 114m，桥宽32m；两主墩与梁固结，两边墩设置纵向活动支座；主墩按承受主跨的温度、混凝土收缩徐变作用进行设计。
图3 西西雅图高桥 若把带边跨的门形刚架桥的桥墩斜置（借此可加大跨径或缩短梁部支点的距离），就变成斜腿刚架桥或带边跨的梯形刚架桥（图1d）。斜腿与梁或基础的连接，可以是固结或铰接。大致对比同一跨径的曲线拱、折边拱和斜腿刚架（图4），可以看出曲线拱与折边拱较为接近（折边越多越接近），而斜腿刚架似乎就是仅一次折边的折边拱。受力上，斜腿刚架桥的主梁中有较大的弯矩，同时两腿间的主梁以及斜腿也承受较大的轴向压力，斜腿支承处也有较大的水平推力。因此，斜腿刚架桥同时具备梁和（上承式）拱的受力特征。
图4 曲线拱、折边拱和斜腿刚架 斜腿刚架桥特别适于跨越不太宽的河流和深沟峡谷，因为布置斜腿可避免在河中设墩或在沟谷中建造高墩，这就有助于跨越障碍。需要提及，对于大跨斜腿刚架桥，若采用支架法建造斜腿，成本可能比拱桥更为昂贵；若能采用其他方法（如竖转法）安装斜腿，可能更具有竞争力。1989年建成的瑞士达拉峡谷桥（图5），是一座采用耐候钢的公路组合结构斜腿刚架桥。桥长209m，宽度近13m；分跨62 85 62m，脚铰跨径174m。采用钢斜腿竖转、钢梁顶推、混凝土桥面板现浇的方法施工。结构简洁、力线明晰、色彩与环境协调，是这座桥梁的明显特点。
图5 达拉峡谷桥 对梁桥而言，当需要保持跨径不变且减小梁高时，可以考虑采用V墩刚架桥（图1e）。这是因为与常规梁桥相比，V墩刚架桥增加了梁的支撑点，削减了支点处梁的负弯矩，这样可减少基础材料用量，也可创造出更为灵动的外观。另外，通过调整跨径或V墩布置，也可保持全桥梁高不变，以便于梁的制造施工。构造上，V墩与梁或基础的连接，可以是固结或铰接。2005年建成通车的千岛湖大桥（图6），主桥长928m，宽18m，采用超长联多跨预应力混凝土V墩刚架桥，跨径布置为70 7×105 70 40m。该桥结构轻盈、比例匀称，与山水环境协调融合。
图6 千岛湖大桥 尽管难以确切知道刚架桥起源于何时何地，但从古代木桥的建造中，可知人们早就开始运用“框架”了。我国始于宋代的“编木拱桥”在世界建桥史上独树一帜，考察《清明上河图》的虹桥构造（图7），可见其中的“第一系统”就是梯形框架的模样。图8所示为瑞典始建于1737年的一座木桥（Lejonströmsbron），桥的主体部分共7跨，跨度约21m；采用梯形框架作为承重结构。
图7 《清明上河图》中的虹桥构造示意 
图8 瑞典木桥 从搜集到的信息看，刚架桥的出现，大致始于19世纪下半叶。法国勒东的格兰德街桥（Pont de la Grande Rue，图9），是一座三跨铁刚架桥，桥长32m，跨径10.3m，建成于1844年。图10所示为1884年在南非建成的布劳克兰茨（Blaauwkranz）铁路桥，该桥高约60m，长约146m，主跨采用类似于两铰拱或两铰刚架的铁桁架结构，跨径约67m。
图9 法国勒东格兰德街桥
图10 南非布劳克兰茨大桥 钢桥的例子有：位于希腊的阿索波斯（Asopos）铁路桥（1908-1943，图11）。这是一座类似三铰拱或三铰刚架的钢桁架结构，跨径80m；1913年瑞士建成的比奇铁路钢桥（Bietschtalbrücke，图12），桥长110m，桥高78m，桥跨95m，看上去就与斜腿刚架桥大体相当了。
图11 希腊阿索波斯铁路桥
图12 瑞士比奇铁路桥 20世纪初期，德国开始建造双铰铆接钢结构的跨线桥或城市地下通道。1931年建成的位于柏林Geschwister-Scholl大街的地下通道，是采用双铰铆接刚架桥的一个早期实例。图13所示为德国多特蒙德的一座跨线刚架桥，跨度38.25m，建成于1937年。
图13 德国多特蒙德的跨线刚架桥 钢筋混凝土刚架桥的问世时间可能晚于金属刚架桥。目前能找到的最早的钢筋混凝土刚架桥实例，建造于20世纪20年代。图14为瑞士著名桥梁工程师罗伯特梅拉特设计的沙特拉（Châtelard）水道桥，该桥采用钢筋混凝土材料，全长89.8m，主体结构为斜腿刚架，跨度30.44m，引道部分也采用刚架，建成于1925年。
图14 沙特拉水道桥 罗伯特梅拉特还在瑞士设计建造了几座钢筋混凝土公路、铁路刚架桥，包括利斯贝格的比尔斯铁路桥（分跨10.50 22.00 10.50m，1935年，已弃用）、伯尔尼的魏森斯坦大街桥（1938年，结构信息不详，图15）和阿尔滕多夫的西施塔特大街桥（分跨16 20 16m，1939年）等。
图15 伯尔尼魏森斯坦大街桥 同一时期，美国也开始发展钢筋混凝土刚架桥。最早的刚架桥是纽约布朗克斯河公园大道中跨越一条铁路线的瓦尔哈拉（Valhalla）立交桥，1925年建成。另一个例子是西雅图的施密茨公园桥（图16）。这是一座全长约53m的混凝土刚架桥，外观采用当时流行的浅拱造型，建成于1936年。
图16 西雅图施密茨公园桥 预应力混凝土的登场，把混凝土刚架桥的跨越能力向前推进了一大步。1946年，法国著名桥梁工程师尤金弗雷西内建造了卢赞西（Luzancy）桥。这是一座预应力混凝土两铰刚架桥，箱梁节段预制拼装，通过穿束张拉串连成长梁段吊装，跨径达到55m。1947～1950年，又按同样方法，设计建造了4座跨径74m的刚架桥。在德国乌尔姆，1950年建成了甘斯托桥（Gänstorbrücke，图17）。这座预应力混凝土刚架桥的桥宽18m，梁高从梁端的4.2减小到中间的1.2m，主跨则提高到82.4m。1955年，法国建成沃尔特高架桥（Viaduc de la Voulte，图18），这是一座长300m、跨径约60m的多跨V墩铁路桥，是预应力混凝土V墩刚架桥的早期实例。
图17 乌尔姆的甘斯托桥
图18 沃尔特高架桥 与梁、拱、索桥相比，刚架桥出现的时间较晚，但仍沿袭了现代桥梁工程的材料运用路线：先是铁，再是钢，接下来为钢筋混凝土和预应力混凝土。20世纪下半叶发展起来的箱梁构造、正交异性板、钢混组合结构等，推动了刚架桥向大跨、多样的方向发展。比较而言，刚架桥的跨越能力不及拱桥，但与梁桥的大体相当。限于篇幅，拟按照图1的分类次序，简要介绍几座大跨或有特色的刚架桥。门形刚架桥 应用最为广泛的刚架桥类型。图19 所示为2006年建成的德国莱比锡布拉格跨线桥。这桥是一座组合结构斜交桥，净跨34.2m，桥宽约36m，承重结构为并列的10榀框架（由钢箱梁与填充了高强混凝土的钢箱柱组成），上盖桥面板。
图19 德国莱比锡的布拉格跨线桥 图20所示为德国A8高速公路上的一座组合结构跨线桥。该桥两端悬出一段混凝土梁，中间布置两根钢箱梁，上盖钢筋混凝土桥面板。如此组合的目的，可能是为了加大跨径并减少施工对高速交通的影响。
图20 德国A8高速公路上的一座跨线桥 带边跨的门形刚架桥 实例很少。1991年在葡萄牙波尔图建成的圣约翰桥（图21），似可视为一个例子。这是一座预应力混凝土双线铁路桥，桥长1140m，宽12m；分跨59 5×60 125 250 125 2×60 50m，主跨250m，时为同类桥梁的世界纪录。主桥上部结构采用单箱双室构造，主跨中部梁高7m，主墩处14m。主墩底部为空心圆形，向上缩变成矩形，并在角隅节点处过渡加强。
图21 葡萄牙波尔图圣约翰桥 斜腿刚架桥 目前跨度最大的刚架桥采用的结构形式。图22a为1974年建成的意大利斯法拉萨高架桥（Viadotto Sfalassà）。这桥全长893m，桥宽19.1m（2010年加宽到25m），梁上分跨为6×45 108 160 108 5×45m，腿脚之间的跨径为360m，桥高约254m。架设过程见图22b。
（a）桥梁全景（改造中）
（b）施工过程 图22 意大利斯法拉萨桥 在我国，早期建造的大跨斜腿刚架桥包括邯长线浊漳河桥、安康水电站汉水桥等。浊漳河桥是一座铁路预应力混凝土斜腿刚架桥（图23a），主梁分跨23.5 44 23.5m，跨径82m，在拱架上现浇施工，1981年建成。安康水电站汉水桥是一座位于专用线上的铁路桥，正桥为钢箱斜腿刚架桥，主梁分跨56 3×64 56m，跨径176m；架设方法是：先竖拼斜腿，再把斜腿竖转就位，然后在浮船上组拼中孔梁部并起吊合龙（图23b），最后悬拼两边跨钢梁。2009年建成通车的石太客专孤山大桥（图23c），是我国第一座大跨无砟轨道预应力混凝土斜腿刚架桥。该桥双线并列，梁长145m，跨径90m，采用斜腿竖向浇筑完成后转体就位、边跨在支架上现浇、中跨悬臂浇筑的方法施工。
（a）浊漳河大桥
（b）安康水电站汉水桥架设
（c）石太客专孤山大桥 图23 我国铁路斜腿刚架桥示例 2009年建成的法属留尼旺岛上的格兰德峡谷高架桥（Viaduc de la Grande Ravine），是一座钢混组合刚架桥（图24a）。该桥横跨宽300m、深170m的格兰德峡谷，桥长288m，宽19.90m；主梁分跨74 140 74m，两斜撑间距约为260m。斜撑为预应力高性能混凝土变截面箱形构件，长约50m，水平夹角20°弱，采用“下行式挂篮”进行悬臂浇筑施工；主梁为流线型钢箱，梁高仅4m，采用顶推法施工（图24b）。轻盈的桥面、小夹角的斜撑和简洁的结构线条，给这座桥梁赋予了独特的结构和美学特征。
（a）桥梁全景
（b）桥梁施工 图24 法属留尼旺岛上的格兰德峡谷高架桥 V墩刚架桥 构造上较为多样的刚架桥。建成于1997年法国勒阿弗尔的大运河桥（Pont sur le Grand Canal du Havre，图25），桥长1410m；主桥为三跨V墩刚架桥，全部采用钢结构，分跨107.5 275 107.5m，是目前同类桥梁中跨度最大者。中跨140m长的梁段采用桥上吊机提升就位。
图25 法国勒阿弗尔的大运河桥 凯勒斯库桥（Kylesku Bridge，图26）是位于苏格兰的一座预应力混凝土曲线箱梁V墩刚架桥。该桥总长277.8m，桥宽8.4～9.28m，梁高4.3m，分跨47 50 82 50 47m，跨径132m，1984年建成。V墩布置与梁的曲率变化协调，在底部外张16m，向上内倾至箱梁汇合。靠岸侧的V墩构件采用支架施工，靠水侧的V墩构件则采用对拉方式支模（无需落地支架）；主跨梁部的施工，两侧悬臂浇筑各约20m，中间约40m长的梁段采用桥上吊机提升。
图26 苏格兰凯勒斯库桥 采用钢V墩的组合体系桥梁，可避免混凝土V墩的支架施工，减少对环境的冲击。2010 德国建造的恩岑施泰滕高架桥（Talbrücke Enzenstetten），是一座6车道高速公路组合结构刚构桥（图27）。为尽可能保护桥下的沼泽地，也为了获取动感、轻盈的建筑外观，采用了钢V墩混凝土梁的组合体系。桥长557.5m，宽29.5m；主梁为分跨95 120 107.5 95 85 55m的等高混凝土箱梁，悬臂浇筑施工。另外，桥面两侧还安装了 2.5m高的透明防溅罩，以防止桥面受污染的雨水流入桥下。
图27 德国恩岑施泰滕高架桥 2022年通车的德国本宁根内卡桥（Neckarbrücke Benningen，图28），以优雅的曲线越过内卡河。这桥长195m，宽12.4m，分跨54.5 86.0 54.5m，曲率半径125m，纵横向坡度达 7.5%。采用钢箱V墩混凝土桥面板组合结构，中间梁高仅1.9m。为减少施工对通航的影响，主跨中段采用浮运架设，两侧3.8m宽的混凝土桥面板采用悬挂式模板浇筑。
图28 德国本宁根内卡桥 从构造角度，可以简单地把刚架桥看作是梁与墩的组合。传统桥墩对梁的连接和支撑方式发生了变化，便逐步演变出了不同形式的刚架桥。古代木框架桥的经验、桥梁技术及材料进步、早期城市交通发展甚至高层建筑框架结构的出现（19世纪末到20世纪初），对刚架桥的萌芽发展都会起到促进作用。门式刚架桥主要用于跨度不大的跨线桥或下穿式立交，斜腿刚架桥和V墩刚架桥则可用于较大跨度。与拱桥相比，当斜腿施工较为便捷时，斜腿刚架桥就具备一定的竞争力。与梁桥相比，当桥面不高时，V墩刚架桥既可压低梁高也可美化结构。近10多年来，国外刚架桥在组合结构、施工技术、建筑造型等方面的实践经验，可资借鉴。（作者注：本文参考了诸多文献资料，不一一列出，在此一并致谢）
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