桥梁美学|钢桁式-下弦钢管组合梁桥系列（往期精选）

瑞士钢桁桥

坐落在瑞士A1高速公路上的1000 米长的Lully高架桥，由空间管状桁架制成，是工程师设计竞赛的成果。 过去，由于动应力幅效应，没有人敢建造焊接管状节点的公路桥。 当时参加这座桥方案竞赛时需要满足以下几个条件：

桥梁总长度:约1000米

桥面宽度:每个交通方向从13.25米到16.00米

出于维护原因，决定修建两条独立的道路

纵向倾斜度:在半径为40000米的凹圆弧中，介于2.9%和3.6 %之间

平曲线:两个缓和曲线半径之间3000米的圆

山谷上方的高度:在4到15米之间

最终选出来了三个项目 ：

一个预应力混凝土箱梁，平均跨度为44.60米，梁高为2.50米。

一个平均跨度为42.50米的预应力混凝土箱梁。该梁的高度在2米和2.45米之间变化。

一个复合空间桁架，平均跨度为42.75米，梁高为3.75米。

概念设计

对于该桥型有三种方案。第一种选择是理想的设计。它有细长的圆柱形桥墩，没有支撑，但没有考虑到两条独立道路的维护条件。第三个解决方案是为了避免桥墩支配周围的树木。这包括连接桥墩横截面上两个纵梁的垂直桁架。最后选择了一个三维管状桁架支撑结构。

横截面-设计演变

桁架的尺寸基于等边三角形。与传统箱形梁相比，桁架高度高出50%。这种轻型上部结构的长细比(L/H)约为13，而不是常规梁的20。

纵向视图和标准横截面  

桁架的几何形状首先通过考虑跨度长度和最大可运输元件来确定。随之通过初步计算和以下考虑给出了管道直径，对角线决定了其他部件的大小。初步分析得出对角线直径为267 mm，壁厚在11和50 mm之间。加上节点处的几何条件，下弦杆的最小直径为508 mm。

KK形接头几何形状(下弦杆)

由于壁较厚，使用尽可能小的管来改善对角线之间的力传递是有益的。下弦管的厚度在25和50毫米之间变化（如图）。在支撑区，厚度从50毫米增加到70毫米。厚壁管的直径为559毫米，长度为2米，以轴承为中心。因此可以避免难看的加强筋。上弦节点不太复杂(K形接头)(下图)。

管尺寸的选择更多地取决于下部构件的考虑，而不是实际的荷载，实际的荷载在最后阶段主要由板承载。这里对于上弦管要注意： 必须在不考虑混凝土阻力的情况下平衡节点力。因此选择对角线重叠，以便在对角线之间直接传递一些垂直力。管道直径必须足够大，以便为焊接的剪力连接件提供足够的空间，并允许最小的混凝土保护层。

 K形 接头几何形状(上弦杆)

在制造空间管状结构中遇到的困难之一是在管子的相交周边进行焊接，并检查焊缝根部的熔深。即使疲劳要求在公路桥建设中不太严格，对张力管中不受控制或质量不佳的焊接根源的担心也是可以理解的。为此，采用了背壳焊接。这增加了内部焊趾的宽度。桥墩处的支撑桁架用较小的管子建造(如下图)，因为它们承受较低的力。弦的直径在219.1和323.9毫米之间变化，所有的对角线都由直径为168.3毫米的管子制成。

安装期间和   完工后的支撑桁架  

桥面宽度在12.0至14.65米之间变化。为了限制相对较宽的悬臂翼(4.0至5.33米)的长期挠曲，并最大限度地减轻桥面重量，使用了横向钢筋束(600平方毫米)。混凝土桥面采用相同类型的预应力筋进行纵向预应力。纵向预应力已被选定，以确保在恒载(混凝土和路面)下每一部分的压缩。

设计力流

计算空间桁架时使用了两种不同的结构模型:1. 用于结构安全设计的具有连续弦的铰接对角线。2. 疲劳和适用性设计的刚性节点。桥面必须转换成平面网格模型(空腹)，由两个纵向弦杆和垂直构件组成，放置在空间桁架对角线的交叉点上。

为了确定纵向弦杆的刚度，使用了等效位移理论。在垂直构件属性中，考虑了桥面刚度、上弦组合效应和圣维南扭矩阻力，最终创新设计提出了一种轻质透明的结构，由完全由无加强圆管制成的三角形截面构成。结构是双空间桁架，典型跨度为42.75米。每个横向三角形截面高2.9米，宽4.0米，由单个细长桥墩支撑。钢管的最大直径和厚度分别超过500毫米和接近70毫米。连接设计过程中的一个主要困难是确定沿管道复杂交叉周边的应力分布，并计算热点应力。进行全熔透焊接时，需要对管子进行几何计算、精确切割和边缘处理。移动模板也确保了混凝土浇注过程中管状桁架的稳定性，也需要特别考虑。

干海子大桥

四 川省雅安经石棉至泸沽高速公路干海子大桥为钢管桁架连续梁桥。 桥梁总长1811m， 总体布置如图所示。

主梁为钢管桁架连续梁。当跨径小于50m时，中心梁高440cm，主梁节间间距为440cm，下弦管径Φ813mm、腹管管径Φ406mm，壁厚根据不同位置变化，钢管内灌注C60混凝土。跨径大于50m时，采用与小于50m桁梁相同梁高，在桥墩处，加设托架，使主桁加工制造简便，且外形协调美观。桥面板为厚20cm的预应力钢筋混凝土（混凝土等级为C50）结构，腹杆节点处横向设置有高40cm的预应力钢筋混凝土肋。

主梁横向为左、右分幅设计，每幅桥由钢管混凝土下弦、钢管腹杆及顶板组成三角形，标准节段顶板悬臂宽为311cm（内侧306cm），悬臂板两次倒角变高形成，顶板两腹杆间距为533cm，两侧纵肋处高为70cm，跨中高20cm。主梁桥面板为多点腹杆支撑，受力情况复杂，设计为钢筋混凝土中掺钢纤维的结构。主梁横断面布置如图所示。

该桥每幅各为一个三角形组成的桁架梁，为了提高主梁整体抗扭能力，在每跨支点和跨中附近处，设置钢管桁架横梁。伸缩缝处横梁对应竖直腹杆设置，呈“Ⅰ”型。其余横桁梁呈“Ⅴ”字形布置。同时，在每幅桥内的三角形顶端，沿横向桁架对应位置设置横向连接杆。

该桥墩为钢管混凝土格构，桥墩采用四根Φ813（720）×12～16mm钢管，内灌注C50混凝土，纵向采用平行单肢钢管连接，横向采用平行钢管桁架和交叉钢管撑连接。钢管格构桥墩顶（盖梁下缘）纵向顶宽186cm，按1：50放坡。桥墩横向为直立，柱肢中心距为1225cm。

德国钢桁桥

桥梁的立面布置如图3所示,从两端隧道入口段基础(也是桥台)算起,桥梁全长150.61 m,按不等间距的6跨 布置。 其中央3跨布置为 :24.75 m+49.5 m+ 35.75 m,采用钢筋混凝土板与钢管桁架的组合结构,边孔由于跨度相对较小,直接采用钢筋混凝土板。

本桥的设计构思如下: 两座隧道之间的桥梁长度为151 m,在线形布置上,采用微弯平曲线顺接两端的隧道,曲率半径由250 m变化到1950 m;桥面纵坡为1.32%,横坡为2.5%。在立面布局上,根据山谷地形与桥下道路交通情况,将桥梁划分成跨径不等的6跨布局。在横截面布局上,采用均匀布置的椭圆形钢管拱,勾勒出与隧道出口断面相同的行车空间,见图1。鱼鳞状的隔音板不对称地安置在钢管拱的侧面,衬托了立面的虚实变化。在钢管拱框架的顶端,设置人行道与自行车道,可以顺接两端地形标高,不但使通道顺畅,同时也避免了公路行车噪音对行人的干扰。

该桥主要结构尺寸：主梁桥面板宽11 m,厚度25 cm,在中央和两边增加到60 cm,侧翼最大高度增加到90 cm。主墩下部为4根集束钢管,高度8 m,在上部分叉后呈树枝状,连接于钢管桁架节点。钢管直径由323.9 mm变化到197.3 mm,壁厚依据受力大小,在10～ 80 mm之间变化。

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