□秦建榮 □陳致斌 □張 磊

(1新鄉(xiāng)市水利科技推廣中心；2太原科技大學(xué))

1 引言

縱觀歷史的潮流，在人類(lèi)文明的發(fā)展史中，橋梁的建設(shè)已經(jīng)占據(jù)十分重要的篇章，追述歷史，大河流域起源的古文明，地方自然地理?xiàng)l件都比較優(yōu)越，在此基礎(chǔ)上人類(lèi)也發(fā)展科學(xué)技術(shù)，創(chuàng)造出偉大的古老文明。有了大河流域，就有了古文明，自然而然橋梁在大河流域所創(chuàng)造的古老文明中有著舉足輕重的地位。橋梁是人類(lèi)文明的產(chǎn)物，而中國(guó)古代橋梁的輝煌成就在世界橋梁歷史上也絢麗多姿，趙構(gòu)橋，盧溝橋，廣濟(jì)橋，蓮花橋等等都體現(xiàn)了人類(lèi)社會(huì)的進(jìn)步與發(fā)展。

進(jìn)入信息化時(shí)代以來(lái)，橋梁作為土建領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)含量最高，技術(shù)要求復(fù)雜的項(xiàng)目。在這個(gè)交通信息時(shí)代需要的背景下應(yīng)該有什么樣的新的發(fā)展；在世界經(jīng)濟(jì)與社會(huì)大發(fā)展所帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益與科學(xué)技術(shù)的完美結(jié)合下，又會(huì)有什么提高？所以橋梁的建設(shè)發(fā)展在逐漸日新月異這又對(duì)于一個(gè)國(guó)家生產(chǎn)、經(jīng)濟(jì)與科學(xué)技術(shù)的發(fā)展程度也通過(guò)橋梁得到了側(cè)面的反映?？v觀現(xiàn)代橋梁的發(fā)展趨勢(shì)，不難發(fā)現(xiàn)橋梁正在朝著輕型化與大跨度的方向發(fā)展。在這樣的發(fā)展背景、發(fā)展觀念之下，新興橋型——斜拉桁架橋應(yīng)用而生。斜拉式桁架橋既有斜拉橋的特征又具有桁架的優(yōu)勢(shì)，所以目前來(lái)說(shuō)桁架橋和斜拉橋都是具有跨度大，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定等對(duì)于橋梁來(lái)說(shuō)重要的特點(diǎn)。斜拉橋作為我國(guó)較為流行的大跨徑橋梁橋型之一。作為一種拉索體系的橋梁，比一直在使用的梁式橋的跨越能力更大，結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，但其因?yàn)槎嘁驗(yàn)槭撬叫崩?，屬于多次超靜定結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)和計(jì)算十分復(fù)雜，所以施工特別復(fù)雜困難。而桁架橋因?yàn)槠滂旒苡蓷U件組成，整體主要是受彎矩為主，而桁架桿件只承受軸向力，沒(méi)有多余的贅余力，其自重較輕，適合于軟土地基條件，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，受力明確，施工也簡(jiǎn)單，造價(jià)便宜。所以桁架橋也是一種十分優(yōu)秀的大跨度橋梁橋型。但是桁架橋結(jié)構(gòu)雖簡(jiǎn)單卻較為復(fù)雜，計(jì)算十分不便，且是施工較為繁瑣。為了克服在構(gòu)造上的弱點(diǎn)，由以上兩種橋梁的思路為出發(fā)點(diǎn)，斜拉式桁架橋應(yīng)運(yùn)而生。綜合了兩種橋梁的特點(diǎn)，斜拉式桁架橋具有十分顯著的優(yōu)勢(shì)，而其所展現(xiàn)出來(lái)的特點(diǎn)也和力學(xué)特征比較吻合，塔式斜拉和桁架的組合得到了充分的應(yīng)用。這也說(shuō)明橋梁在隨著人們對(duì)知識(shí)的探索和發(fā)展的過(guò)程中得到了大跨越的進(jìn)步。

2 斜拉桁架橋的受力特點(diǎn)及優(yōu)點(diǎn)

2.1 斜拉桁架橋的受力分析與結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

由桁架橋和塔式斜拉橋這兩種橋梁的思路為出發(fā)點(diǎn)，綜合了兩種橋梁的特點(diǎn)，所以斜拉式桁架橋具有十分顯著的優(yōu)勢(shì)。而其所展現(xiàn)出來(lái)的特點(diǎn)也和力學(xué)特征比較吻合，從而塔式斜拉和桁架的組合得到了充分的應(yīng)用，所以斜拉桁架橋不同于普通桁架橋的受力特點(diǎn)。但其組成相同，即腹桿、橋塔、下弦桿、上弦桿、橫梁等，其中上弦桿承受拉應(yīng)力,下弦桿除了承受壓應(yīng)力,還承受一定的類(lèi)似于多跨連續(xù)梁的彎矩。因?yàn)槭芰l件的不同，斜拉式桁架的腹桿分為拉壓腹桿兩種。

斜拉桁架橋具有斜拉橋與桁架橋基本的“斜拉”與“桁架”特點(diǎn)其受力特征也是在結(jié)合這兩種橋型的受力特點(diǎn)基礎(chǔ)之上的經(jīng)一步優(yōu)化。首先，“斜拉”的特點(diǎn)主要通過(guò)橋梁的斜纜受力來(lái)體現(xiàn)，即斜纜在塔頂鉸點(diǎn)處產(chǎn)生一個(gè)向下的合力；而在下弦桿處產(chǎn)生一個(gè)使下弦桿受壓的水平分力和平衡弦桿自重與活載內(nèi)力的豎直分力。其次，桁架橋中的上下弦桿分別以承受拉壓應(yīng)力為主。而在斜拉桁架橋中弦桿、腹板之間的受力，主要以軸力為主，而彎矩影響較小一般可忽略不計(jì)。對(duì)于斜腹板，指向塔根方向的受壓，指向塔頂方向的受拉，起著加勁作用，對(duì)梁體有著進(jìn)一步的約束限制，使整個(gè)梁體的彎矩盡量減少。這樣整個(gè)結(jié)構(gòu)由剛度較小的局部桿件也就是桁架來(lái)組裝使結(jié)構(gòu)整體受力合理(受力以軸力為主)，這樣所有的桁架成剛度較大的一種結(jié)構(gòu)整體。使桁架整體剛度增大，這也使斜拉桁架橋中“桁架”的特點(diǎn)得到了充分體現(xiàn)。

2.2 斜拉桁架橋相比其它橋型的優(yōu)點(diǎn)

眾所周知，斜拉橋具有跨度大（跨越能力僅次于懸索橋）、結(jié)構(gòu)剛度大、用料省、造價(jià)低廉、外形符合橋梁美學(xué)要求美觀大氣等優(yōu)點(diǎn)；對(duì)于桁架橋一般都是鋼結(jié)構(gòu)的桿件，桿件之間為鉸接，受力合理，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，造型輕巧整體性強(qiáng)，剛度大，材料用量低等優(yōu)點(diǎn)；綜合了斜拉橋與桁架橋的優(yōu)點(diǎn)并且在技術(shù)上有了新的突破，例如在設(shè)計(jì)施工中用桁桿取代斜拉索．這樣的設(shè)計(jì)使得預(yù)應(yīng)力索外有混凝土包裹．從而保護(hù)了預(yù)應(yīng)力筋．從根本上消除了斜拉橋的斜拉索的防腐問(wèn)題；采用下承式建造特點(diǎn)，降低橋面結(jié)構(gòu)高度，增大橋梁通航凈空；而且其具有的受力特點(diǎn)對(duì)于斜拉索的疲勞問(wèn)題也得到了改善。

總體來(lái)看，斜拉桁架橋自身重量輕巧，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，承受載荷較大，橋跨輕盈流暢，具有韻律感與視覺(jué)沖擊感。因此，相比于其他橋型，斜拉桁架橋這種新型橋梁結(jié)構(gòu)，有著一定的優(yōu)勢(shì)，是值得大力推廣發(fā)展的一種橋型。

3 斜拉桁架橋在國(guó)內(nèi)外發(fā)展與現(xiàn)狀

3.1 斜拉桁架橋在國(guó)外的發(fā)展與現(xiàn)狀

斜拉式桁架橋是一種新興的橋型，在橋梁朝著輕型化大跨度的方向發(fā)展，所以它的歷史不長(zhǎng)，而具資料可查，在國(guó)外還沒(méi)有斜拉式桁架橋的建造與設(shè)計(jì)。國(guó)外同類(lèi)橋型——斜拉板橋最早在20世紀(jì)70年代出現(xiàn)，這種橋型的獨(dú)特之處是用混凝土把斜拉索包裹起來(lái)，從而形成一個(gè)由混凝土鑄成的斜板，由于外圍有混凝土的包裹，所以這樣包裹的斜拉索就不會(huì)因?yàn)楦g問(wèn)題而造成橋梁的損耗，也不會(huì)因?yàn)橛衫鞔柜Y度引起的非彈性變形，同樣也在一定范圍內(nèi)增強(qiáng)了其抗風(fēng)振隔振的能力。這樣的設(shè)計(jì)，拉鎖本身的拉力也沒(méi)有斜拉式橋梁的拉力大，不但克服了拉索本身的振動(dòng)問(wèn)題而且補(bǔ)充修復(fù)了橋梁的風(fēng)振隔振的問(wèn)題。所以在國(guó)外，大多數(shù)是屬于斜拉板橋的設(shè)計(jì)，其設(shè)計(jì)和斜拉式桁架的設(shè)計(jì)理念基本相似，但其只能算是斜拉式桁架橋的雛形與基礎(chǔ)。在20世紀(jì)70年代，德國(guó)，瑞士，日本都開(kāi)始了斜拉板橋的設(shè)計(jì)與構(gòu)思。例如瑞士瓦萊州的Ganter橋在當(dāng)時(shí)的設(shè)計(jì)跨越Ganfer峽谷，在日本神戶(hù)北線(xiàn)上的奧山橋以及名取川的鐵路橋都是這類(lèi)用混凝土包裹的的斜拉板橋。這類(lèi)橋梁在當(dāng)時(shí)的國(guó)外是一種新型的橋梁，斜拉板橋得到了廣泛的應(yīng)用。但其也只是因?yàn)樵O(shè)計(jì)理念和斜拉式桁架橋比較相似，而斜拉式桁架在國(guó)外仍沒(méi)有建造和使用的記載。

3.2 我國(guó)國(guó)內(nèi)斜拉式桁架橋的發(fā)展與現(xiàn)狀

在國(guó)內(nèi)我國(guó)建成的首座斜拉式桁架橋是山東濟(jì)南洛口黃河大橋，其全長(zhǎng)2023m，主孔跨徑220m。這座斜拉式桁架橋在1986年由浙江長(zhǎng)興縣和同濟(jì)大學(xué)、浙江省交通廳設(shè)計(jì)院等單位聯(lián)合組成的設(shè)計(jì)小組設(shè)計(jì)建成的港口大橋，它是我國(guó)近期最早建造的下承式預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉式桁架橋，港口大橋全長(zhǎng)137.78m，是單懸臂加掛梁的斜拉桁架體系橋梁，邊跨計(jì)算跨徑為28m，鉆孔樁明挖基礎(chǔ)，下部結(jié)構(gòu)雙柱式墩，這也就拉開(kāi)了我國(guó)斜拉式桁架橋的發(fā)展序幕。隨之我國(guó)主持修建了多個(gè)斜拉桁架橋如湖北省的鹽水河大橋，河南省周口市的沈丘大橋，江蘇省無(wú)錫市的新安南橋、向化一號(hào)橋、煤石橋等都是國(guó)內(nèi)已建造的斜拉式桁架橋。隨著我國(guó)國(guó)力的建設(shè)與發(fā)展，斜拉式桁架橋也得到了一定的發(fā)展，該類(lèi)橋梁自建成營(yíng)運(yùn)以來(lái)，憑借其優(yōu)良的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與受力特點(diǎn)，充分發(fā)揮其優(yōu)良性能，并且平穩(wěn)運(yùn)行，維修次數(shù)少。

4 結(jié)語(yǔ)

預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉式桁架橋是一種新興的橋型，是近幾年來(lái)預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁向著大跨度，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的方向發(fā)展的重要體現(xiàn)。他充分利用材料，自身輕，結(jié)構(gòu)承載力穩(wěn)定，跨越能力強(qiáng)，并且外表美觀，經(jīng)濟(jì)適用。而伴隨著十八屆五中全會(huì)吹響了奪取全面建成小康社會(huì)偉大勝利的沖鋒號(hào)角，當(dāng)今的橋梁建設(shè)也是一路高歌，突飛猛進(jìn)。尤其是新興橋梁的建設(shè)，更是與時(shí)代相結(jié)合，大跨度的輕便型橋梁更是符合我國(guó)當(dāng)下追求創(chuàng)新的一個(gè)結(jié)合點(diǎn)，創(chuàng)新在發(fā)展新理念中居于首位。而我國(guó)的斜拉式桁架橋的設(shè)計(jì)理念與建設(shè)更是走在了世界的前列，這從側(cè)面也充分反映了一個(gè)國(guó)家的生產(chǎn)，經(jīng)濟(jì)，科學(xué)技術(shù)得到了重大的發(fā)展。所以新的時(shí)期，我們要將創(chuàng)新與發(fā)展進(jìn)行到底，在當(dāng)今的大環(huán)境下，斜拉式桁架橋?qū)?huì)得到更為廣泛的應(yīng)用與發(fā)展。

[1]《斜拉桁架橋安裝過(guò)程中桿件應(yīng)力和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定分析》[D]長(zhǎng)安大學(xué)2006任翔.

[2]《斜拉桁架橋關(guān)鍵技術(shù)研究》[D]華中科技大學(xué)2009黎述亮.

[3]《組合結(jié)構(gòu)橋梁》[M]人民交通出版社2005劉玉擎.

[4]《預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉桁架橋結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)研究》[D]華中科技大學(xué)2006邱峰.

[5]《PC斜拉下承式桁架橋的力學(xué)特性及荷載試驗(yàn)研究》[D]長(zhǎng)安大學(xué)2007唐翔.