吳清明， 丁明鋼， 杜 娟， 劉 彪

(1.中交通力股份有限公司，陜西西安 710075； 2.四川省建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川成都 610000；3.四川省交通勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川成都 610031)

1 結(jié)構(gòu)形式

1.1 張力索桁

三角形桁架是實(shí)體桿件組合穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，柔索只能受拉，無(wú)抗壓剛度。使用拉索和梁組合形成三角形桁架，拉索材料強(qiáng)度高，具有輕型化特性，不能簡(jiǎn)單稱為桁架結(jié)構(gòu)。若索承受張拉力，則形成穩(wěn)定三角形結(jié)構(gòu)，可稱為“張力索桁”，是桁架結(jié)構(gòu)的“衍生”名稱。

1.2 張力索桁特性

“張力索桁吊橋”是新結(jié)構(gòu)，原理是將斜拉橋和懸索吊橋技術(shù)作結(jié)合、改造、創(chuàng)新應(yīng)用，充分發(fā)揮二者優(yōu)點(diǎn),克服弱點(diǎn)，獲得結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、剛度大、變形小、自重輕、橋面系受壓、抗風(fēng)穩(wěn)定好、跨度大特點(diǎn)，采用結(jié)構(gòu)架設(shè)的重力剛度作自張拉成橋。將懸索吊橋幾何不穩(wěn)定和非線性變形，轉(zhuǎn)變?yōu)閹缀畏€(wěn)定的桁架彈性剛度，使結(jié)構(gòu)技術(shù)向輕型和優(yōu)化發(fā)展。張力拉索材料有強(qiáng)度高、自重輕、抗拉剛度大、傳力直接特點(diǎn)，適合用作大和特大跨徑橋梁、大空間屋蓋[1]，可與拱梁作組合使用。

1.3 拱橋

拱橋是拱形曲線使材料受壓、彎作功承載，具有外形美觀、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、剛度大、施工不便特點(diǎn)。大跨徑拱橋自重很大、施工很困難，有材料強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)剛度、穩(wěn)定和安全困難需要解決。拱橋形式很多，跨徑大、小差別大，按使用、材料、經(jīng)濟(jì)、技術(shù)條件而定。鋼材強(qiáng)度高，結(jié)構(gòu)自重較輕，很適合用作大跨徑橋。鋼管混凝土施工較方便，已用于大、中跨徑拱橋。

2 張力索桁-拱組合橋

2.1 拱橋發(fā)展的困難

大和特大跨徑拱橋發(fā)展，雖然可采用斜拉橋原理架設(shè)施工，架設(shè)費(fèi)用高，也很困難。

鋼拱橋材料強(qiáng)度高，但有結(jié)構(gòu)穩(wěn)定需要加強(qiáng)。鋼管混凝土有鋼管溫變脫空影響，也有剛度、穩(wěn)定、笨重、防護(hù)問(wèn)題，使用受到局限。

2.2 拱橋減重

使大和特大跨徑拱橋獲得發(fā)展，需要優(yōu)化結(jié)構(gòu)和減輕自重。有必要采用穩(wěn)定性好的鋼結(jié)構(gòu)，宜采用輕型復(fù)合鋼橋面板，方便施工、養(yǎng)護(hù)。采用“張力索桁-拱組合橋”結(jié)構(gòu)，加強(qiáng)拱肋桁架強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定。將“張力索桁吊橋”橋面加勁桁架部份材料分離，用作拱肋桁架，既有拱特性，又便于形成和加強(qiáng)“張力索桁”，減輕拱肋桁架自重。橋面采用大型號(hào)熱軋H型鋼作邊加勁縱梁和縱、橫格梁，焊接形成簡(jiǎn)單鋼格構(gòu)形式和正交異性板鋼橋面。加設(shè)玻纖網(wǎng)和環(huán)氧—煤焦油混凝土復(fù)合黏結(jié)層，加鋪改性瀝青混凝土防護(hù)層，加強(qiáng)正交異性鋼橋面板剛度。

2.3 張力索-拱桁結(jié)構(gòu)

“張力索桁”是穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，適合與梁或桁架作組合應(yīng)用。采用張力索與拱肋桁架組合，具有“似拱非拱”特性，承受懸吊橋面系，使鋼結(jié)構(gòu)加工簡(jiǎn)便、經(jīng)濟(jì)合理。具有剛度大、穩(wěn)定性好、自重輕、跨度大特點(diǎn)，張力拉索材料強(qiáng)度高、拉力大、自重輕、便于加強(qiáng)，主要承受全橋重量(圖1)。

2.4 張力索桁-拱組合橋特點(diǎn)

“張力索桁”與拱肋桁架都是穩(wěn)定彈性結(jié)構(gòu)，可共同組合形成“張力索桁-拱組合橋”。將吊橋橋面加勁桁架部分材料分離，用作拱肋桁架，既具有拱的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定作用，又便于形成和加強(qiáng)“張力索桁”，減輕拱肋桁架自重，再懸吊橋面系。主要是加強(qiáng)拱的抗彎剛度和穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)索、拱共同承重和變形協(xié)調(diào)。彎矩的作功原理是力乘力臂，梁(桁架)高、拱的矢高、懸索的垂度、斜拉索的塔高都起力臂作用，唯梁(桁架)高度起的作用小。在集中活荷載作用時(shí)，曲線拱肋桁架比平直桁架梁的抗彎剛度強(qiáng)大。拱肋桁架是壓彎受力，不易變形。矢高與拱推力相乘，形成巨大抗彎平衡力矩。而平直桁架梁是純彎曲受力，抗彎剛度小、容易變形，大跨度鐵路鋼桁架橋都用鋼拱肋加強(qiáng)跨中抗彎剛度。這個(gè)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的概念很重要，利用拱的抗彎特性，是作結(jié)構(gòu)創(chuàng)新應(yīng)用(圖2)。

圖2 張力索桁-拱組合

“張力索桁-拱組合橋”是拉索和拱共同承受荷載，因?yàn)槔魇鞘褂谩懊x彈性模量”，已經(jīng)“應(yīng)力剛化”，即成橋過(guò)程作預(yù)應(yīng)力張拉，結(jié)構(gòu)承受荷載的拉索強(qiáng)度高，故主要是拉索承重和保證安全，而不是拱肋桁架受壓作主要承重，與一般拱橋概念不同。拉索剛度強(qiáng)大，對(duì)拱肋桁架起到承重和穩(wěn)定作用，比單獨(dú)拱肋桁架承重推力小，更合理、安全，顯出組合結(jié)構(gòu)優(yōu)越性。橋面系懸吊在拱肋桁架上，具有重力剛度平衡和穩(wěn)定作用，與拱肋桁架共同協(xié)調(diào)變形。采用大小2種分離三角形網(wǎng)狀吊桿懸吊橋面系，使橋面軸向受壓，加強(qiáng)橋面系剛度和穩(wěn)定。拱肋桁架作組合使用的矢跨比變化靈活，大和特大跨徑可以是較小矢跨比(1/10～1/12)坦拱，拱肋桁架僅起輔助承重作用，是發(fā)展變化的新型結(jié)構(gòu)，顯出拱橋壯觀和曲線美。這是研究大和特大跨徑拱橋而提出的，一般是作單跨形式使用。因?yàn)樵O(shè)有錨碇，可靈活作連續(xù)多跨使用，使錨碇設(shè)置適應(yīng)地形、地質(zhì)條件和廣泛應(yīng)用。

2.5 張力索桁塔架

單純大和特大跨徑拱橋自重很大，應(yīng)用很困難，采用“張力索桁—拱組合橋”則可實(shí)現(xiàn)。

塔架是主要承重結(jié)構(gòu)，特性與吊橋相同，施工方法相同。采用鋼筋混凝土箱形塔柱，使用滑升鋼桁架立模澆筑施工方便，比較經(jīng)濟(jì)合理。只是塔架自重大，對(duì)地基和基礎(chǔ)要求較高。但塔架高度不宜過(guò)高，限制了跨徑發(fā)展，宜采用坦拱相配合。

3 拱肋桁架特性

3.1 桁架材料

拱肋桁架宜輕而強(qiáng)，關(guān)鍵是保持結(jié)構(gòu)局部和整體穩(wěn)定。鋼材強(qiáng)度高，是理想結(jié)構(gòu)材料。但鋼材強(qiáng)度受結(jié)構(gòu)剛度和穩(wěn)定影響，強(qiáng)度潛力無(wú)法充分發(fā)揮，所以結(jié)構(gòu)選型很重要。桁架桿件主要是承受拉,壓力,結(jié)構(gòu)宜剛度大和自重輕。鋼管截面特性各向相同，但受壓有穩(wěn)定和局部皺損失圓問(wèn)題，影響材料強(qiáng)度發(fā)揮。鋼管不便作加勁、加強(qiáng)，可選擇適當(dāng)管徑和加大管壁厚度解決。拱肋桁架只起有限承壓作用，主要是抗彎和保持穩(wěn)定，不宜采用過(guò)大管徑，不同跨徑宜作管徑比選。鋼管混凝土材料強(qiáng)度能夠共同發(fā)揮，但自重大，管徑應(yīng)適當(dāng)，不宜用作特大跨徑拱橋。

3.2 桁架形式

鋼管拱肋桁架橫斷面采用三角形式的梯形，上弦桿雙管平行凈距30cm，保持三角形穩(wěn)定形式，方便兩片桁架作平面加工，以便立起作梯形成型連接加工，方便張力拉索和橋面吊桿安裝連接?！皬埩λ麒臁碧匦允莾啥藙偠却?，跨中段索桁高度和剛度小的變形較大。拱肋桁架除起到一定拱承壓作用，主要是起抗彎和穩(wěn)定作用，桁架宜采用等高度形式，以方便加工。取高H=6m、寬B=4m較合理。腹桿鋼管為三角形，加大桁架高度可采用“米”字形，適用于更大跨徑。

鋼管拱肋桁架被張力拉索扣吊，獲得一定橫向穩(wěn)定，又有兩端斜拉索抗扭保持橫向穩(wěn)定，兩拱肋桁架之間加設(shè)平行鋼管橫撐桁架保持穩(wěn)定，管徑可以較小。橫撐桁架橫斷面為三角形，縱向間距為40m，弦桿鋼管φ400mm×10mm，腹桿鋼管φ245mm×8mm。橫撐桁架腹桿為三角形，亦可采用“米”字形加大橫撐桁架高度。

3.3 桁架節(jié)點(diǎn)

鋼管拱肋桁架采用分節(jié)段吊裝架設(shè)，采用縱向夾板螺栓定位、連接和焊接，應(yīng)使空中接頭減少。拱肋桁架架設(shè)吊裝與橫撐鋼管桁架相配合，使鋼管拱肋桁架逐步定位成型，保證施工安全。桁架節(jié)點(diǎn)傳力復(fù)雜，承受張力拉索和吊桿集中力。桁架弦桿鋼管在節(jié)點(diǎn)局部長(zhǎng)度內(nèi)，需要焊接橫隔鋼板，灌注C50混凝土形成鋼管混凝土擴(kuò)散集中壓力。拱肋桁架腹桿在結(jié)點(diǎn)作相貫連接焊接，設(shè)節(jié)點(diǎn)板作加勁肋板加強(qiáng)連接。

3.4 桁架防護(hù)

鋼管拱肋桁架防護(hù)工作量大，為減少鋼管養(yǎng)護(hù)麻煩，桁架鋼管宜采用耐候鋼制造，僅作顏色涂裝處理。

3.5 拱肋桁架邊界

拱肋桁架的邊界是在橋面加載后，可采用無(wú)鉸拱固結(jié)或雙鉸拱支承，采用系桿平衡拱推力，在橋面架設(shè)后加設(shè)系桿索和作張拉。

3.6 抗風(fēng)穩(wěn)定

因?yàn)榭鐝酱蠛吞卮螅瑢蛎婕觿盆旒懿糠植牧戏蛛x上移作拱肋，使橋面系抗風(fēng)穩(wěn)定問(wèn)題突出。為加強(qiáng)橋面板抗扭剛度和抗風(fēng)穩(wěn)定，采用加邊縱梁作加勁桁架，與橋面板共同組合形成板桁結(jié)構(gòu)，并加設(shè)水平風(fēng)撐桁架。加勁桁架與橫梁桁架同高，橫梁、邊加勁縱梁桁架和風(fēng)撐桁架，都采用輕型方鋼管桁架，屬于輕型桁架，仍能夠形成較大抗扭剛度。在邊加勁縱梁外側(cè)加設(shè)建筑輕型鋼結(jié)構(gòu)風(fēng)嘴，內(nèi)側(cè)加斜板導(dǎo)流。縱梁底面采用建筑輕型鋼結(jié)構(gòu)裝修，形成封閉箱梁，養(yǎng)護(hù)方便。在橋面中央開(kāi)設(shè)透風(fēng)孔，保持橋面上、下風(fēng)壓力平衡，避免升力引起橋面扭轉(zhuǎn)和發(fā)生渦激振動(dòng)。拱肋結(jié)構(gòu)剛度較大，橋面吊桿設(shè)為穩(wěn)定小三角形斜吊桿，方便橋面架設(shè)安裝，成橋后再加設(shè)大三角形斜吊桿，以加強(qiáng)整體穩(wěn)定，避免橋面板發(fā)生顫振的共振。橋面寬度和荷載都大，需要加設(shè)預(yù)應(yīng)力橫梁桁架。橫、豎向風(fēng)力作用，可簡(jiǎn)化為橫、豎等代集中風(fēng)力，作用在橋面吊桿節(jié)點(diǎn)作簡(jiǎn)化計(jì)算。拱肋桁架鋼管受風(fēng)作用較小，可在橫撐桁架節(jié)點(diǎn)加等代集中風(fēng)力作簡(jiǎn)化計(jì)算。

3.7 抗地震

自重主要是由張力索桁拉索承受，受地震影響小，地震對(duì)塔架影響大，另作分析計(jì)算。

4 結(jié)構(gòu)計(jì)算

因?yàn)槭欠€(wěn)定先進(jìn)結(jié)構(gòu)，為高次超靜定復(fù)雜結(jié)構(gòu)，可采用實(shí)用工程數(shù)值模擬“仿真”建模，使用工作站計(jì)算機(jī)作大數(shù)據(jù)計(jì)算方便。

4.1 算力設(shè)備

實(shí)用工程數(shù)值模擬“仿真”建模逼近真實(shí)結(jié)構(gòu)，使計(jì)算模型單元數(shù)量很大。要求計(jì)算機(jī)速度快和內(nèi)存大，這是算力問(wèn)題。一般PC微機(jī)算力有限，只宜計(jì)算簡(jiǎn)化問(wèn)題。圖形工作站是雙CPU，計(jì)算機(jī)速度快，內(nèi)存可加大到16G、32G，顯存可大于4G，計(jì)算時(shí)間可長(zhǎng)達(dá)數(shù)小時(shí)。自備工作站計(jì)算比HPC機(jī)方便、經(jīng)濟(jì)合理，可達(dá)近100萬(wàn)單元，利用結(jié)構(gòu)對(duì)稱性可節(jié)省一半單元，計(jì)算模型規(guī)模很大。

4.2 模擬仿真建模

結(jié)構(gòu)數(shù)值模擬“仿真”建模逼近真實(shí)結(jié)構(gòu)，不同類型單元組合連接復(fù)雜、困難。有限元程序無(wú)法完全提供標(biāo)準(zhǔn)模型，需要對(duì)程序模型作開(kāi)發(fā)。再加設(shè)梁?jiǎn)卧鬟B接處理，使單元數(shù)量龐大。對(duì)不同類型單元組合連接，需要加設(shè)“拓?fù)洹绷簡(jiǎn)卧鬟B接，具有拉、壓、彎、扭、剪切彈性空間功能。采用節(jié)點(diǎn)剛架單元替代節(jié)點(diǎn)桁架單元作“等代變換”處理，可節(jié)省2/3連接單元，使計(jì)算模型大為優(yōu)化，方便實(shí)現(xiàn)模擬“仿真”建模[2]。

4.3 應(yīng)力剛化

索結(jié)構(gòu)計(jì)算存在“應(yīng)力剛化”問(wèn)題，采用高強(qiáng)度鋼絲索單元計(jì)算，需要作“應(yīng)力剛化”處理，即成橋中實(shí)現(xiàn)預(yù)應(yīng)力張拉。采用“名義彈性模量”E=4×1.95=7.80MPa經(jīng)驗(yàn)值計(jì)算，可避免結(jié)構(gòu)矩陣單元坐標(biāo)變化，只作一次線性計(jì)算[3]。

4.4 算法問(wèn)題

“張力索桁-拱組合橋”結(jié)構(gòu)復(fù)雜，關(guān)鍵是計(jì)算方法。采用實(shí)用工程數(shù)值模擬“仿真”建模大數(shù)據(jù)計(jì)算，多種程序都可計(jì)算，程序是解決算法問(wèn)題[4]。程序使用MATLAB數(shù)學(xué)軟件功能：矩陣、圖形、計(jì)算等功能，起到人工智能作用。計(jì)算需要對(duì)有限元技術(shù)作開(kāi)發(fā)，利用圖形工作站計(jì)算，這是在長(zhǎng)期學(xué)習(xí)和實(shí)踐中領(lǐng)悟獲得的經(jīng)驗(yàn)?！斑~達(dá)斯”程序界面好，作基本節(jié)段建模后，再作修改、復(fù)制建模很方便。橫、豎方向風(fēng)力作用，可簡(jiǎn)化為橫、豎集中力作節(jié)點(diǎn)加載，使抗風(fēng)作簡(jiǎn)化計(jì)算方便。計(jì)算結(jié)果數(shù)據(jù)清楚、全面，云圖顯示直觀，便于作橋型方案比較計(jì)算，是研究新型、組合結(jié)構(gòu)的科學(xué)方法。

5 算例

5.1 結(jié)構(gòu)概況

“張力索桁-拱組合橋”既適合大和特大跨徑使用，也適合連續(xù)多跨使用。采用特大跨徑L=1000m作代表。取L=1000m，張力索桁拉索垂/跨比F/L=1/10，F(xiàn)=100m。拱肋桁架矢/跨比F/L=1/12，F(xiàn)=83.33m。拱腳在橋面下4m，塔架總高度控制在H=200m內(nèi)，拱肋頂距離張力索桁拉索最低點(diǎn)約10m，以加大跨中段索桁的剛度。

橋面凈寬度B=25m，采用熱軋H型鋼作縱、橫格梁焊接，形成正交異性板鋼橋面，型鋼生產(chǎn)加工簡(jiǎn)便、經(jīng)濟(jì)合理，縱梁比采用槽形肋簡(jiǎn)單。鋼橋面板厚度δ=14mm，加鋪玻纖網(wǎng)和厚度h=2.5cm環(huán)氧-煤焦油混凝土作復(fù)合黏結(jié)層，再加鋪5cm瀝青混凝土鋪裝層。邊縱梁高h(yuǎn)=90cm，橫梁上弦桿高h(yuǎn)=40cm，便于相互連接，再加設(shè)外懸吊桿鋼管混凝土牛腿。橫梁桁架內(nèi)力大，采用預(yù)應(yīng)力鋼管桁架，加設(shè)風(fēng)撐鋼管桁架保持穩(wěn)定，橋面架設(shè)后在下弦鋼管張拉預(yù)應(yīng)力和壓漿處理?？v梁H型鋼h=25cm，間距L=33.3cm，安設(shè)在橫梁桁架上弦桿頂面，橫梁頂縱梁間空腹部填塞鋼筋混凝土，以加強(qiáng)橫梁桁架剛度和與橋面板組合形成板桁結(jié)構(gòu)。張力索桁拉索、吊桿采用鍍鋅平行鋼絲或鋼絞線，作耐久性防護(hù)。

5.2 模擬仿真建模

5.2.1 張力索桁架

“邁達(dá)斯”程序具有拋物線建模功能，張力拉索借助二次拋物線型建模方便。參照“張力索桁吊橋”斜拉索吊桿分組劃分形式，作拱肋桁架節(jié)點(diǎn)斜拉索吊桿分組劃分，確定吊點(diǎn)位置，修改拋物線形成折線形拉索。實(shí)際在吊點(diǎn)處局部段的索夾排列形成微曲線。張力拉索折線，在結(jié)構(gòu)架設(shè)加載最終成型。張力索桁以索節(jié)點(diǎn)劃分索單元，按“名義彈性模量”作計(jì)算，按使用應(yīng)力作調(diào)整、控制，修改單元特性作應(yīng)力調(diào)整計(jì)算簡(jiǎn)便。

5.2.2 拱肋桁架

拱肋桁架上、下弦桿軸線，可借助拋物線型自動(dòng)建模。拱肋桁架鋼管φ600mm×12mm，為等高度桁架。拱肋桁架腹桿φ300mm×10mm，作等間距設(shè)置，作平面放線分段放樣焊接加工，再作翻立組裝焊接加工。在三角形式梯形上弦腹桿中心加設(shè)節(jié)點(diǎn)，作張力拉索和橋面吊桿連接節(jié)點(diǎn)，便于采用、設(shè)置變徑喇叭形鋼管吊桿錨頭。拱肋桁架應(yīng)按使用應(yīng)力作調(diào)整、控制，修改單元特性作應(yīng)力調(diào)整計(jì)算簡(jiǎn)便。

5.2.3 橫撐桁架

拱肋橫撐為等高度桁架，三角形橫斷面簡(jiǎn)單。橫撐桁架腹桿采用三角形桁架。拱肋桁架與張力索桁相組合的橫向穩(wěn)定性好，橫撐桁架起加強(qiáng)橫向穩(wěn)定作用。

5.2.4 正交異性橋面板

正交異性復(fù)合鋼橋面板使剛度加強(qiáng)，僅作鋼橋面板控制計(jì)算，對(duì)復(fù)合鋼橋面板另作局部模擬“仿真”建模驗(yàn)算。正交異性鋼橋面板按縱、橫矩形□25×33.3cm劃分作模擬“仿真”建模，使整體結(jié)構(gòu)模擬“仿真”建模計(jì)算規(guī)模大小適當(dāng)。正交異性橋面鋼板與縱梁、邊縱梁、橫梁組合為整體板桁結(jié)構(gòu)，但各自形心坐標(biāo)高度不同，需要采用型鋼L100×100×10mm梁?jiǎn)卧鹘M合連接，起空間功能“等代變換”作用。

5.2.5 預(yù)應(yīng)力橫梁桁架

預(yù)應(yīng)力橫梁鋼管桁架總高度H=3m，兩端局部設(shè)腹板加強(qiáng)，上弦桿H型鋼h=400mm，下弦桿和三角形腹桿為鍍鋅方鋼管□200×200×6mm，加焊節(jié)點(diǎn)板連接，設(shè)4×7股鋼絞線預(yù)應(yīng)力索，作整體模擬“仿真”建模計(jì)算。邊縱梁外側(cè)加焊懸臂吊桿牛腿鋼管混凝土，成橋橫梁桁架作預(yù)應(yīng)力張拉和壓漿處理方便。

5.2.6 橋面系組合

橋面縱梁、橫梁上弦桿相互組合成整體，需要采用型鋼H250×10mm梁?jiǎn)卧鹘M合連接，起整體功能“等代變換”作用。

5.2.7 抗風(fēng)斜拉索

從塔頂索鞍加設(shè)抗風(fēng)斜拉索，保持拱肋桁架抗扭轉(zhuǎn)和穩(wěn)定，也保持橋面系抗風(fēng)穩(wěn)定，起安全保險(xiǎn)作用。

5.3 計(jì)算結(jié)果

5.3.1 建模

按數(shù)值模擬“仿真”建模，按線荷載和車(chē)輪壓力作模擬“仿真”加載比較，建模順利。

5.3.2 計(jì)算

內(nèi)力計(jì)算順利，因懸吊橋面系參與整體計(jì)算，時(shí)間達(dá)5h，是橋面系索網(wǎng)吊桿使計(jì)算工作量加大。分別作恒、活載和風(fēng)力計(jì)算，以便作內(nèi)力比較。計(jì)算內(nèi)力按應(yīng)力控制安全，尚未作應(yīng)力優(yōu)化。示例圖形受GPU顯存影響，僅列出部分結(jié)果。

5.3.3 加載

采用四車(chē)道公路一級(jí)線荷載q=10.5kN/m作全跨加載，將線荷載轉(zhuǎn)化為等代均布節(jié)點(diǎn)荷載處理，以方便加載。組合結(jié)構(gòu)跨中段剛度較弱，在跨中作四車(chē)道、30t掛車(chē)，作總重2 160t車(chē)輪分布加載比較，加載真實(shí)和麻煩。風(fēng)力集中在橋面吊點(diǎn)作橫向4t、豎向0.8t加載，橫撐桁架作橫向16t加載。

5.3.4 變形

成橋恒載變形微小，證明拉索力已經(jīng)“應(yīng)力剛化”，結(jié)構(gòu)按彈性變形計(jì)算。跨中2種活載變形都小δ=1.5cm，兩端剛度大。證明“張力索桁-拱組合橋”拱肋技術(shù)先進(jìn)，比“張力索桁吊橋”和斜拉橋剛度都大。風(fēng)對(duì)跨中段的橫向變形明顯(圖9)。

5.3.5 內(nèi)力

恒載內(nèi)力大，活載內(nèi)力小，風(fēng)載內(nèi)力小，兩側(cè)內(nèi)力相差明顯，證明結(jié)構(gòu)受扭，兩端斜拉索明顯起抗扭作用。拱肋壓力不大，主要是拉索力承載拉力大(圖3～圖6)。

圖3 恒載Fx

圖4 活載Fx

圖5 恒載Mx

圖6 活載Mx

5.3.6 應(yīng)力

應(yīng)力大小與內(nèi)力規(guī)侓相對(duì)應(yīng)，橋兩側(cè)組合應(yīng)力相差明顯，斜拉索抗扭作用大(圖7、圖8)。

圖7 恒載Cb(max)

圖8 活載Cb(max)

5.3.7 風(fēng)力

網(wǎng)狀吊桿剛度大，橋面板桁組合結(jié)構(gòu)抗風(fēng)穩(wěn)定性好，跨中橫向變形：橋面δy=1.78m，拱肋桁架δy=0.71m(圖9、圖10)。迎風(fēng)面拉索力大，橋面板桁組合結(jié)構(gòu)扭矩大，組合應(yīng)力不大。

圖9 橫向變形Dy

圖10 扭矩Mx

6 施工

“張力索桁-拱組合橋”與“張力索桁吊橋”施工技術(shù)相似，主要是準(zhǔn)確計(jì)算、扣除內(nèi)力計(jì)算彈性延伸索長(zhǎng)。先架設(shè)拉索，再吊裝拱肋、成拱，后吊裝橋面，最后安裝斜拉索。

7 結(jié)論

“張力索桁-拱組合橋”是“張力索桁”與桁架肋拱作組合應(yīng)用，充分發(fā)揮二者優(yōu)勢(shì)，克服拱橋自重大和施工困難。拉索承載能力巨大，拱橋剛度強(qiáng)大，形體壯觀和曲線美，有“似拱非拱”特性。將吊橋、斜拉橋和拱橋技術(shù)相結(jié)合，形成“三合一”組合技術(shù)優(yōu)勢(shì)，組合橋型比單一橋型技術(shù)先進(jìn)。吊橋折線拉索承重，斜拉索形成索桁保持穩(wěn)定，拱肋強(qiáng)大剛度抵抗活載變形，分工、結(jié)合、互助效果好。拱肋桁架抗彎剛度很大，網(wǎng)狀吊桿保持橋面穩(wěn)定。拉索與拱肋形成整體，材料強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)剛度和穩(wěn)定相互配合協(xié)調(diào)，承重內(nèi)力以拉索為主，拱肋受壓為輔。拱肋桁架壓力小，無(wú)明顯彈性壓縮變形，活載變形很小。這是組合結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，比斜拉橋和“張力索桁吊橋”受力合理，變形更小，跨徑可超越斜拉橋，剛度大特點(diǎn)適合作載重大鐵路和穩(wěn)定性好“高鐵”橋梁使用。

8 結(jié)束語(yǔ)

特大跨徑算例L=1000m計(jì)算成功，可發(fā)展達(dá)到L=1500m，再大跨徑塔架太高。一般大、中跨徑L=200～800m實(shí)現(xiàn)容易。連續(xù)多跨便于錨碇設(shè)置，使用更廣泛。采用模擬“仿真”建模大數(shù)據(jù)計(jì)算，是人工智能自動(dòng)計(jì)算發(fā)展的實(shí)用方法。采用拱桁作結(jié)構(gòu)加勁是創(chuàng)新應(yīng)用，技術(shù)先進(jìn)，經(jīng)濟(jì)效益明顯！