网状系杆拱桥——一种经济美观的桥型

第２２卷第５期　２００６下ｌＯ月　结构工程帅　Ｖ（）１．２２．Ｎｏ．５　Ｏｃｔ．２００６　Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒ’ｓ　网状系杆拱桥——一种经济美观的桥型　林英　何承珩　任淑琰　吕寅龙　（同济大学建筑设计研究院一Ｌ海２０００９２）　提要　网状系杆拱桥是一种极具发展潜力的桥型。收集了大量网状系杆拱桥的工程实例，结舍某方　案桥的计算介绍该桥型的受力特点、主要设计要点以及现有２￣￣２－法。　关键词　网状系杆拱桥，工程实例，受力特点，设计要点，施工方法　Ｎｅｔｗｏｒｋ　Ｔｉｅｄ　Ａｒｃｈ　Ｂｒｉｄｇｅ——Ａｎ　Ｅｃｏｎｏｍｉｃａｌ　ａｎｄ　Ｐｒｅｔｔｙ　Ｂｒｉｄｇｅ　Ｔｙｐｅ　Ｉ　ＩＮ　Ｙ　ｉｎｇ　ＨＥ　Ｃｈｅｎｇｈｅｎｇ　ＲＥＮ　Ｓｈｕｙａｎ　ＬＵ　Ｙｉｎｌｏｎｇ　（Ｄｅｓｉｇｎ＆Ｒｅｓｅａｔ（。ｈ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ＿ｒｏｎｇ，ｉｉ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ　２０００９２，ＣＩｌｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ　Ｎｅｔｗｏｒｋ　ｔｉｅｄ　ａｒｃｈ　ｂｒｉｄｇｅ　ｉｓ　ａ　ｂｒｉｄｇｅ　ｔｙｐｅ　ｏｕｇｈｔ　ｔｏ　ｂｅ　ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ．Ｐｌｅｎｔｙ　ｏｆ　ｔｈｅｓｅ　ｔｙｐｅ　ｂｒｉｄｇｅｓ　ａｒｅ　ｃｏｌｌｅｃｔｅｄ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｐａｐｅｒ．Ａｎｄ　ｔｈｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ　ｂｅｈａｖｉｏｒ，ｍａｉｎ　ｄｅｓｉｇｎ　ｐｏｉｎｔｓ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｃｏｎｓｔｒｔｌ（：ｔｉ，ｍ　ｍｅｔｈｏｄｓ　ａｒｅ　ａｌｓｏ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ　ｎｅｔｗｏｒｋ　ｔｉｅｄ　ａｒｃｈ　ｂｒｉｄｇｅ，ｂｒｉｄｇｅ　ｅｘａｍｐｌｅ，ｓｔｒｕｃｔｍ’ａｌ　ｂｅｈａｖｉｏｒ，ｄｅｓｉｇｎ　ｐｏｉｎｔ，（－（】ｌｌｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｍｅｔｈｏｄ　点，能充分发挥材料的作用，罔此材料用量省，造　１应用背景　网状系杆拱桥，顾名思义与一般系杆拱桥的　区别在于拱桥上吊杆相互问交叉至少２次，交织　价经济；另外，其结构比较纤细，外形美观，是・种　具有较大竞争优势的桥梁　网状系杆拱桥最早为挪威教授Ｐｅｒ　Ｆｖｅｉｔ捉　出，并在挪威斯泰恩谢尔桥ｆ　得以应用。该桥为　８０Ｉｌｌ跨径公路桥梁（图１），建于１９６３年　成『舣Ｊ状　网状系仟拱桥由于具有较好的受力特　（ｕ）　罔１斯泰恩谢尔桥（挪威）　此后陆续有该桥型的桥梁出现。２０世纪８０　～家参考。　９０年代，日小在网状系杆拱桥的应用及建设方　而积累了较多的工程实践经验，修建了一大批美　观经济的网状系杆拱桥，其巾，包括目前世界上最　长的网状系杆拱桥——　ｅｗ　Ｋｉｚｕ—ｇａｗａ　Ｂｉｇ　Ｂｒｉｄｇｅ，该桥建于１９９４年，位于日＿本大阪，是一座　１　１．２５ｍ宽的公路桥梁（　２）　表１罗列了国内外的一些网状系杆拱桥供人　图２　Ｎｅｗ　Ｋｉｚｕ—ｇａｗａ　Ｂｉｇ　Ｂｒｉｄｇｅ（日本）　维普资讯 http://www.cqvip.com

Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ　Ｖｏ！．２２，Ｎｏ．５　表１　国内外网状系杆拱桥　桥名　年份　家　地区　跨径　桥宽　荷载类型　Ｓｔｅｉｎｋｊｅｒ　Ｂｒｉｄｇｅ　ｌ９６３　挪威　ｊ圻泰恩谢尔　８Ｏ　ｍ　公路　Ｆｅｈｍａｒｎｓｕｎｄ　Ｂｒｉｄｇｅ　１９６３　德罔　费　恩　２４８　ｍ　２１　ｍ　公铁两用　Ｂ０１ｄｓｔａｄｓｔｒａｕｍｅｎ　Ｂｒｉｄｇｅ　１９６３　挪威　Ｂｏｌｄｓｔａｄ．ｓｌｒａｕｌｍｅｎ　８４『Ｉ１　公路　Ｎｅｗ　Ｆｕｋｕｚａｋｉ　Ｂｒｉｄｇｅ　１９６６　同　５８　ｍ　１８．５　ｍ　公路　Ｏｕｎｏｕｒａ　Ｂｒｉｄｇｅ　１９７２　日本　ｌ９５『１ｌ　Ｎａｄａ　Ｂｒｉｄｇｅ　ｌ９８３　口本　神ｒ１　１９０　ｒｌｌ　１８　ｍ　公路　Ｓｅｓｏｋｏ　Ｂｒｉｄｇｅ　１９８４　口小　１ｆｌ绳　１３９．５　ｍ　Ｍｉｚｕｈｏ　Ｂｉｇ　Ｂｒｉｄｇｅ　１９８６　日本　：＃甲川　１４８．８　ｍ　２８　ｍ　公路　Ｔｅｒａｓｈｉｍａ　Ｂｒｉｄｇｅ　ｌ９８８　口本　１６０　ｍ　Ｕｔｓｕｍｉ　Ｂｒｉｄｇｅ　１９９０　日本　广岛　２２０　Ｉｌｌ　Ｎｅｗ　Ｈａｍａｄｅｒａ　Ｂｒｉｄｇｅ　１９９１　日本　大阪　２５４　ｍ　Ｋｉｓｈｉｗａｄａ　Ｂｒｉｄｇｅ　１９９４　ｆ１本　大ｌ反【　４４５　ｍ　公路　Ｎｉｓｈｉｎｏｍｉｙａｋｏ　Ｂｒｉｄｇｅ　１９９４　Ｅ｛本　尔京　２５２　ｍ　３１．２　ｍ　Ｎｅｗ　Ｋｉｚｕ—ｇａｗａ　Ｂｉｇ　Ｂｒｉｄｇｅ　１９９４　日本　大阪　４９５　１１１　ｌＪ．２５　ｎ１　公路　Ｏｋａｍｕｒａ　Ｂｉｇ　Ｂｒｉｄｇｅ　１９９５　口木　广岛　２２８　ｎ１　Ｂｅｎｅｃｋｅａｌｌｅｅ　Ｂｒｉｄｇｅ　ｌ９９５　德　汉诺威　６３【ｌ１　２１　ｍ　公路　Ａｒａｋａｗａ　Ａｒｃｈ　Ｂｒｉｄｇｅ　１９９６　Ｉ：ｔ本　东泉　１４４　ｍ　Ｏｓａｋａ　Ｍｏｎｏｒａｉｌ　Ｙｏｄｏｇａｗａ　Ｂｒｉｄｇｅ　（Ｓｅｔｔｓｕ－Ｃｈｉｎ）　１９９７　日本　大阪　５×１０６　ｍ　单轨铁路　Ｎａｋａｎｏｓｅｔｏ　Ｂｉｇ　Ｂｒｉｄｇｅ　ｌ９９８　日本　大阪一下岛　２５ｌ　ｍ　Ｇｏｓｈｉｋｉ　Ｚａｋｕｒａ　Ｂｉｇ　Ｂｒｉｄｇｅ　２００２　口水　ｌ　北町　１４２　ｍ　公路　Ｎｏｒｄｒｉｎｇ—Ｂｒｉｄｇｅ　２０（）２　德　Ｍａｒｋｔｈｅｉｄｅｎ　ｌｄ　１３５兀ｌ　公路　ＢｅｅｈｙｎｒＢｒｉｄｇｅ　２Ｏ０３　捷克　Ｂｅｃｈｙｎｉ￣　４ｌ　ｍ　７．３　ｍ　公路　Ｐｒｏｖｉｄｅｎｃｅ　Ｒｉｖｅｒ　Ｂｄｄｇｅ　美幽　罗德岛州　１２１　ｆ『ｌ　４７　ｍ　公路　Ｂａｍｂａｎ　Ｂｒｉｄｇｅ　菲　宾　１７４　１１１　１２．４４　ｍ　公路　Ｈｕａｌｉｅｎ　Ｌｉｗｕ　Ｒｉｖｅｒ　Ｂｒｉｄｇｅ　・ｆ］　台湾　１５０　ｍ　Ｌａｋｅ　Ｆｕｅｈｕ　Ｂｉｇ　Ｂｒｉｄｇｅ　日本　ＭａｅＡｒｔｈｕｒ　Ｎｏ．２　Ｂｒｉｄｇｅ　中国　台湾　Ｎｅｗ　Ｍａｉｎ　Ｂｒｉｄｇｅ　德国　ｓｌＬｌ　ｚ１）Ⅲ　ｈ　１５０　ｎ１　７『Ｔ　１公路　Ｓｈｉｂｉｅｈａｒｉ　５　ｔｈ　Ｂｒｉｄｇｅ　日本　北海道　ｌ４４　ｎｌ　８　ｍ　Ｆａｓｈｉｒｏｇａｈａｅ　Ｂｒｉｄｇｅ　日本　宫崎　Ｕｃｈｕ　Ｂｒｉｄｇｅ　Ｈ本　秋Ｉｔｉ　１８０　ｎ１　９．２５　ｍ　２　网状系杆拱桥的受力特点　网状系杆拱桥由于吊杆在拱肋和系梁上的分　布间距都较小，并且吊杆在面内交织成网状结构，　其受力要明显优于一般竖直吊杆系杆拱桥。主要　体现在以下几个方面（本节将以某桥方案设计为　例进行比较）。　（ｂ）桥梁平而　某桥总体布置、构件材料及截面特性洋见图　图３桥梁总体布置图　３和表２。　２。１结构内力　表２　构件材料及截面特－ｌ生　桥梁在自重作用及桥面铺装等二期恒载作用　构件　面积　，ｙｙ　容蘑　掸性模最　下的结构内力详见罔４和图５。　Ａ（ｍ　）　（ｍ　）　（ｍ　）　（ｋＮ／ｍ　）　（Ｎ／ｒａｍ　）　拱肋　０．１６９７　０．０１６６　０．０ｌ１　７．７ＯＥ＋０１　２．０６Ｅ＋Ｏ５　系梁　０．９６　０．０５１２　０．１１５２　２．５０Ｅ＋０１　３．４６Ｅ＋０４　风撑　０．０１９６　０．０ｏ０８　０．０００８　７．７０Ｅ＋０ｌ　２．０６Ｅ＋０５　吊杆　０．ｏ０１３　０　０　７．７ｌＥ＋０１　２，００Ｅ＋（）５　网４桥梁恒载作用下弯矩图（ｋＮ・ＨＩ）　维普资讯 http://www.cqvip.com

・设汁方法研究・　５桥梁　戟作用　轴力罔（ｋＮ）　恒载卜网状系杆拱桥拱肋和系梁截而弯矩　（仅拱脚处分别为７４９ｋＮ・［１ｌ，７６１　ｋＮ・ＩＴＩ）都较　小，其截面丰要承受轴　，拱肋截面轴　分布均　匀，约５２６０～６１８３ｋＮ，系梁承受拉力，轴力约２４０３　～３４６８　ｋＮ。　以上结果表明，网状系仃拱桥较一般拱桥更　有利于发挥材料特性，截面高度减小，从而使桥梁　总长度减小，降低桥梁整体造价，另外，纤细的哉　面使得桥梁更为轻型美观。　２．２结构稳定性能　系杆拱桥的一阶失稳大多发生于而外，故可　以通过增加风撑等横向措施增强桥梁面外稳定性　（现有网状系杆拱桥都设有较多的风撑以保证拱　桥面外稳定性）。　某桥成桥阶段结构的稳定系数及失稳模态洋　表３。该桥前５阶失稳模态均为而外。　表３　阶数　模　怒　特ｆｌ１Ｉｆｆ｛　ｌ　。　．　１ｌ　择　带寻　一　平　一　．　Ｉ７．８　—’●｛　５　ｊ　，一　２　　ｌｎ　。‘　Ｈ　ｌｌ　　ｌ各　瞄　什ｌＩ　ｌｌｌ　　９．７　３　　．并≠斋　一．，．．　一，　ｌ４　３　１　巷　出　．旰非　Ｉ　Ｉ　—、　Ｓ　４　．…　　Ｉｌ　Ｉ　黼骨葡　．００ｅ００００《．．．．．旰　　主　ｒＩ…Ｉ　Ｉ　ｌ．　　ｌ５．３　５　ｌＩ　ｌ　　ｌ　ｎ…ｌ拄　婚羽　ｌ１竹　ｌ】ＩＩ……ｌ　ｒｎ　ｌ　ｌｌ　　２２．５　卜．述结果表口月，网状系杆拱桥由于吊杆在面　ｆ＾４形成的网状结构，其而内稳定性能较一般‘　直　吊杆系杆拱桥　高得多，面内基／卜／ｆ　存在失稳问　题，结构面内破坏表现为强度破坏为主。　此，在　保证而外稳定性前提下，结构没计以强度控制，这　样可最人限度地发挥材料的强度，节省材料片ｊ最，　结构工程师第２２卷第５期　达到经济美观的要求。　状系杆拱桥　受力上同样也存在其特定的　缺点，巾ｊ　吊杆倾斜布置，住非对称荷载作用下，　拱肋部分吊杆松弛现象明显。吊杆的松弛主要取　决于吊杆倾角和活恒载比，与吊杆的刚度、面积关　系很小。因此，没计中尤其耍注意对吊杆倾角、问　距等的合理选择，　近拱脚处的吊杆索力较小，为　了防止此吊杆松弛，建议适当减小吊杆与系梁问　的夹角　３设计要点概括　网状系杆拱桥　设计卜已有犬　Ｔ程经验可　供参考，下文就网状系杆拱桥现有的一些没计要　点进行慨括。　（１）欠跨比　现有资料表明：ｌ叫状系杆拱桥的最佳矢跨比　为ｌ４％～１７％。　（２）拱肋　拱肋一般采用抛物线及圆弧线形。多采用钢　材或钢管混凝土结构，截而形　多样，有｝Ｉ形、Ｕ　形、　角形、箱形，沿拱肋为等截向布置。　拱　横向间距／ｆ　宜过大，一般　２０ｍ以下，　桥面宽度较大时可考虑采用三根或多根拱肋。　（３）吊杆　ｆｎ杆宜等间距布置，布置形　有以下两种：　①辐射　：吊杆与拱圈的交角不变（图６）。　ｄ　６　辐射式吊杆布置　②等『白Ｊ距布置：相同倾斜方向吊杆与系梁、拱　肋交点间距相等（图７）。　７等间距吊朴布置　（４）系梁　系梁多与桥面板结合，采用钢筋混凝土板。　对于桥面宽度较大的情况，＿ｎ』考虑采用钢箱梁、设　罱横梁或采用正交异型桥向板。　维普资讯 http://www.cqvip.com

Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ　Ｖｏ１．２２，Ｎｏ．５　・４・　表４为几座网状系杆拱桥的设计要点概括。　表４　桥名　几座网状系杆拱桥的设计要点　兀Ｉ　跨径　桥宽　欠高　矢跨比　（　）　（ＩＩ１）　（ＨＩ）　（ｍ）　（％）　ｌ９６３　７９．７５　ｌ０　８４　ｌ２　纵梁　纵梁　料　板厚　系梁高　拱　（ｔｎ）　（ｎ１）　拱　高度　拱罔　拱肋　（ｉｎ）　材料　数　（）．４８　铡管　２　２　０．５　Ｈ形　０．４０３　１．３８（离）　×０．６　Ｓｔｅｉｎｋ　ｅ　ｌ５　０　板＋系　颅应力？｝＝６凝卜　（）．２３　０．４８　二角形　Ｂｏｌｓｌａ＜：ｌｓｔｒａｕｍｅｔ　１９６３　Ａｋｖｉｋ　Ｓｏｕｎｄ　Ｓｌ８，０６　２１．５　板＋系＇ｊｉＩ　顺应力ｆ｝＿６凝｛　钢　ｌ３５　ｌ５．１　２（）．２５　ｌ５．０　板＋系梁　预成力混凝ｆ　０．２８　３　ｔｒａｕｂｉｎｇ　方案　２（）０　ｌ５　３０　ｌ５．０　板＋系粱　颅应力　凝。ｆ　０，３２　０．５　合箱形　铡　Ｋ方形　Ｋ方形　钢管　２　２　Ｆｅｈｍａ１１７　ＳｏＵｎ（　１９６３　２４８　４　２０．９５　４２．４　ｌ７．１　Ｓｈｉ钢管　：内倾：　ｎｈａｎｍｄｅｒａ　１９９ｌ　２５４　２５．５　３６　ｌ２２　Ｉ　８ｌ　ｌ４．２　ｌ乇　形　１，２２（高）　×０．９ｌ　Ｉ＾】倾：　铡管　钢管　２　Ｒｈｏｄｅ　Ｉｓｌａｎｄ　２００７　５０　２４．４　２０．０　板＋系梁　预应　混凝土　０．２５　１　２２　长方形　ｌ１　中承式　３　２　Ｓｋｏｄｊｅ　方案　２４．６＋　饭＋系梁　预成　Ｊ混凝土　０．２４　０．４５　Ｈ形　０．４１２（高）　×０．４３７　４施工方法简介　由于网状系杆拱桥结构轻盈，施工阶段恒载　自重小，在施工中可以采用整体吊装或牵引就位　的方法。图８为正在施Ｔ中的Ａｋｖ￣ｋ　Ｓｏｕｎｄ　Ｂｒｉｄｇｅ，该桥跨径１３５ｍ，桥宽１５．１ｍ，采用整体吊　装方法施工，吊装重量为２００ｔ　（・Ｉ）桥跨就位，浇筑系梁等　（Ｃ）吊机和浮运舟竹就化，拆除部分ｌ『　时支架　Ｉ垒Ｉ　９整体牵引示意整　５　小　结　网状系杆拱桥依托其较好的受力特点，轻盈的　结构外观，简　町行的施工方法，将在世界范围引　图８整体吊装中的Ａｋｖｉｋ　Ｓｏｕｎｄ　Ｂｒｉｄｇｅ　起关注，并在越来越多的国家地Ⅸ建设中被采用。　本文介绍了网状系杆拱桥的应用背景、受力　特点、主要设计要点以及施＿丁方法。希望能对这　种经济美观的桥型在我国的推广应用提供一些微　薄的帮助　Ｐｅｒ　Ｔｖｅｉｔ在其研究报告中给　的整体牵引施　工的思路，也是网状系杆拱桥一种比较简单兀丁行　的施工方法　９为一座２００ｍ跨径，桥面宽１５ｍ　的网状系杆拱桥　方‘案的牵引过程。　参考文献　ｌ　１　Ｊ　Ｉ１ｖｅｈ，Ｐ．Ｔｈｅ　Ｎｅｔｗｏｒｋ　Ａｒｃｈ．Ｂｉｔｓ　ｏｆ　Ｍａｎｕｓｃｒｉｐｔ　ａｆｔｅｒ　（ａ）搭建ｌ　时支架、在岸边浇｝ｌ『：￣Ｊｔ圈　ｌ　ｅｃｎＩｒｅｓ　ｉｎ　３４　Ｃｏｕｎｔｒｉｅｓ，ｉｎｔｅｒｎｅｔ　ｅｄｉｔｉｏｎ　Ａｕｇｕｓｔ．　２（）ｏ５．　１　２］　ｌ＇ｖｅｉｔ，Ｐ．Ｏｐｔｉｍａｌ　ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ｎｅｔｗｏｒｋ　ａｒ（ｒ｜ｌｅｓ．Ｃｏｎｔｒｉｂｕ—　ｌｉｏｎ　ｔｏ　ｔｈｅ　ＩＡＢＳＥ　Ｓｙｍｐｏｓｉｕｎ￣ｉｎ　Ｍｅｌｂｏｕｒｎｅ，２００２．　［３］　ｌ＇ｖｅｉ　ｔ，Ｐ．Ａ　ｂｒｉｄｇｅ　ｓｕｈａｂｌｅ　ｆｏｒ　ｉｎｄｉａ　ＩＣＩ　ｊｏｕｒｎａ］，ｌｎｄｉ—　（｝，）拱肋、ｍ忏、临时系粱施Ｊ：完成　ａＴ｜Ｃｏｎｃｒｅｔｅ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ．２０００；１（Ａｐｒｉｌ—Ｊｕｎｅ）．