橋梁工程外文翻譯----網絡懸索系統(tǒng)在鋼系桿拱橋中的應用和發(fā)展（中文）

1、<p>　　中文4500字，3300單詞，16500英文字符</p><p>　　出處：Mato F M, Cornejo M O, Agromayor D M, et al. THE USE AND DEVELOPMENT OF THE NETWORK SUSPENSION SYSTEM FOR STEEL BOWSTRING ARCHES[J]. Ideam Es.</p><p

2、>　　網絡懸索系統(tǒng)在鋼系桿拱橋中的應用和發(fā)展</p><p>　　a 教授，博士，英，馬德里理工大學，IDEAM SA 總裁，馬德里，西班牙。 b 教授，英，馬德里歐洲大學，IDEAM SA 高級經理，馬德里，西班牙。</p><p>　　c 英，IDEAM SA 高級經理，馬德里，西班牙。 d 英，IDEAM SA，馬德里，西班牙。</p><p>　　摘要

3、：本文展示了網絡懸索系統(tǒng)在鋼系桿拱橋中的應用和發(fā)展。在西班牙北部修建了跨河 橋梁“Deba”（跨徑 110m）之后，IDEAM 最近在 Guadalquivir 河上設計和建造了“Palma del Rio” 大橋，一座跨徑 130m，管狀結構，封閉式雙網絡懸索系統(tǒng)的雙系桿拱橋。新“Valdebebas” 大橋（跨徑 150m），在馬德里機場 4 號候機樓的入口處，將成為這種結構的發(fā)展，一種雙“斜 肋構架”與可滲透的結構網格，具有很大的

4、水平剛度，形成一個變深度格網梁。</p><p>　　1 簡介：網絡系桿拱橋系統(tǒng)</p><p>　　該網絡系桿拱系統(tǒng)最顯著的特點在于它有網絡狀斜吊桿所產生的結構和美學效果。</p><p>　　1926 年 Octavius F. Nielsen 提出了系桿拱常規(guī)垂直吊桿結構的發(fā)展，通過斜吊桿，V 型 配置，把拱變成梁式結構，由吊桿承擔非對稱荷載所產生的剪切力，這

5、樣大大減少了拱和橋面 板上的彎矩。在鐵路橋梁和輕型結構中，當活荷載/永久荷載比值過高時，本系統(tǒng)的主要受軸 力影響。</p><p>　　1950 年 Per Tveit 教授（挪威）發(fā)展了網絡系桿拱橋的概念。 1966 年 6 月在結構工程師</p><p>　　雜志上發(fā)表的一篇文章中，他定義它為“在拱平面上互相交叉斜吊桿”的系統(tǒng)。采用一種更復 雜和更多鋼筋的懸掛系統(tǒng)，它可以很明顯的降低在

6、不對稱荷載下吊桿受到壓縮風險，使得這種 結構非常適合于輕型天橋以及公路和鐵路橋梁。</p><p>　　Steinkjer 橋（圖 1），跨徑 80 米，在 Nimega 建于 1963 年，是第一個使用這種結構類型 的項目，在挪威，德國，美國和日本等國家取得了快速的發(fā)展。</p><p>　　最著名的例子是在波羅地海的美麗而著名的 Fehmarnsund 大橋（圖 2），鋼和混凝土組合式

7、 公鐵兩用橋，跨徑 248 m。建于 1963 年，仍然持有這種類型的世界紀錄。</p><p>　　圖 1：Steinkjer 橋（1963）圖 2：Fehrmarnsund 橋（1963）</p><p><b>　　2 結構響應</b></p><p>　　對于系桿拱橋，橋面板上的豎向荷載由預應力吊桿傳遞到上部的拱肋。 拱的豎向分力傳

8、遞到支座，水平分力由預應力系桿承擔[1]。</p><p>　　當地基土不能抵抗非常大的水平推力時，這種結構很有效。 帶豎直吊桿的結構在系桿上作用有反對稱豎直荷載時，橋梁的拱肋和系桿上將產生很大的</p><p><b>　　彎矩（圖 3）。</b></p><p>　　圖 3：帶豎直吊桿的結構在系桿上作用有反對稱豎直荷載時的彎矩 網絡懸索系統(tǒng)

9、有一個非常有效的結構響應，從而導致一個非常均勻的吊桿尺寸，所有結構</p><p>　　的橫截面面積幾乎相同，以及在拱和系梁中的彎曲應力最?。▓D 4）。 它也提高了在平面內和 平面外的屈曲失穩(wěn)條件。 拱和橋面板幾乎完全只受到軸向力，從而使其能夠達到高的長細比 和很大的材料經濟效益。</p><p>　　圖 4：帶網絡懸索系統(tǒng)的結構在系桿上作用有反對稱豎直荷載時的彎矩</p>

10、<p>　　3 兩種鋼結構網絡懸索系統(tǒng)的系桿拱橋</p><p>　　我們曾在西班牙設計和建造了這種結構中跨度最大的兩座橋梁，Deba 橋和 Palma del Río 橋，都有著非常大的長細比。</p><p>　　Deba 河上的拱橋[1]，跨徑 110m（圖 5），設計兩個傾斜的直徑為 800mm，最大厚度在支座</p><p>　　處 4

11、5mm，最小厚度在跨中處 25mm 的鋼拱橋。 拱平面相對于垂直平面傾斜 17.3 度，矢高 20m， 矢跨比 1/5。</p><p>　　圖 5：Deba 河上拱橋的俯視圖</p><p>　　3.1 G u adalquivir 河上的 Palma d e l R í o 橋</p><p>　　Palma del Río 橋，跨 Guad

12、alquivir 河[1,2]，是系桿拱結構的一次飛越，跨徑 130m（圖 6），拱為兩個矢高 25.0m，外徑 900mm，最大厚度為 50mm 的內傾的鋼管拱（圖 7，8）。 橋面 由兩側的直徑 900mm，最大厚度為 40mm 的系桿以及由間距為 5.0m 的鋼筋混凝土變高度橫隔梁 支持起的面板組成（圖 7，8）</p><p>　　由于閉合網絡懸索系統(tǒng)，使得拱和系桿可以做得非常的柔，而且極大的降低了拱和系

13、桿的 彎矩，減小了屈曲失穩(wěn)的可能性。</p><p>　　橋面板寬 16m，厚 0.25m。由放在間距為 5m 的鋼橫梁上的預制板、上部鋼筋和現(xiàn)澆混凝土 組成。</p><p>　　橫梁支撐著系桿間跨徑為 20.4m 的橋面板（圖 16）。吊桿錨定在橫系梁與兩側系桿相交處</p><p>　?。▓D 17）。這樣兩側的系桿就不受橋面上沖擊荷載的影響。</p>

14、;<p>　　圖 7：橫截面圖 8：橋梁俯視圖</p><p>　　橋面板的鋼-混凝土組合梁為變高度的，梁的下輪廓線為中央 60m 半徑的圓弧，其余線性 變化的曲線。 最大高度是 1.25m，橫截面是一個“I”梁。</p><p>　　拱、系桿和橋面板上所使用的鋼材是 S-355-J2G3。</p><p>　　橋上兩側直徑為 900mm 的系桿的目

15、的主要是為了平衡拱在支座處產生的水平分量，避免基 礎移動，以及前面提到的側向支撐橫梁。</p><p>　　吊桿作為橋面板和拱連接器，并將垂直載荷從前者向后者傳遞。吊桿在這個內傾的網絡懸</p><p>　　索系統(tǒng)中連接著系桿和拱，且在支座間的間距為 5m（圖 9 和圖 10）。</p><p>　　此外，由于吊桿的增加，使得我們能夠使用易于安裝的小零件。 橋的主要

16、承重結構是兩個相對于垂直平面內傾斜 21.20 度的兩個支座之間的拱肋。 這兩</p><p>　　個拱肋在拱頂相交，矢高為 25.0m，矢跨比 1/5.2。</p><p>　　沿著拱肋每 5m 為吊桿預留一個錨固點。 為了支撐內傾的拱肋，我們設計了管狀 K 型撐， 如圖 9，從而降低了拱肋平面外屈曲失穩(wěn)的計算長度。</p><p>　　網絡懸索系統(tǒng)上錨固點間的距

17、離減少到 5 米，很好的滿足了多項目標：</p><p>　　-減少拱肋屈曲失穩(wěn)的計算長度（圖 11）</p><p>　　-減少了橋面板上的彎矩。</p><p>　　-簡化的拱肋懸掛和橋面板錨固裝置，因為使用了小型吊桿。</p><p>　　-有效的分散了橋面板上的荷載。</p><p>　　圖 11：前三

18、階面外屈曲模態(tài)正視圖</p><p>　　拱肋的起點和兩側的系桿間的橋面板有個橫向的肋，類似一般橋面板上的橫系梁一樣，具 有抵抗有傾斜拱肋引起的水平橫向力的作用。 這些肋骨有兩個中間軸承強迫系桿的扭轉，并 在端部約束拱肋的平面外屈曲失穩(wěn)。</p><p>　　吊桿的多次相交問題有一個獨創(chuàng)的裝置解決，從而使得吊桿便于布置，并最大限度地減少 這些交叉所帶來的視覺影響。</p>&

19、lt;p>　　吊桿的直徑有 45、40 或 37mm，在各自相互平行的內傾拱平面內形成封閉的網絡懸索系統(tǒng)， 每個網絡吊桿平面相對于拱平面有 6cm 的距離，這樣各吊桿雖然交叉但并沒有切斷對方。 在 相交吊桿的末端有個裝置來鎖定它們但有允許各自轉動（圖 12）。</p><p>　　在 Deba 大橋中所有吊桿都是鋼筋且在同一傾斜平面上，這就要求鎖定裝置類似于一個枷 鎖，如圖 24 和 25，它允許一根桿通過

20、另一根桿（圖 13）</p><p>　　圖 12：Palma del Río 橋的吊桿交叉裝置圖 13：Deba 橋的吊桿交叉裝置</p><p>　　4 網絡懸架系統(tǒng)的發(fā)展： valdebebas 橋梁</p><p>　　IDEAM 為 Valdebebas 大橋的設計贏得了一個奇異大橋的設計招標，成為了一個城市地標， 是瓦爾德貝巴斯城市概念的名片

21、，也是馬德里機場 4 號航站樓的通道（圖 14）</p><p>　　圖 14：馬德里機場 4 號航站樓通道上橋梁的效果圖 在投標中的規(guī)格非常嚴格的通關條件，橋下面（M-12 道路交通）及以上航空間隙，以及需</p><p>　　要跨度約 150m。</p><p>　　圖 15：比例模型的夜視圖</p><p>　　圖 16：柔細結構的效果

22、圖</p><p>　　上述條件使我們認為最好的解決方案為一個下承式拱橋（如圖 15、16）。 這座橋的特色是 非常獨特的幾何外形，像一架飛機，其形狀源自于變截面倒 T 型，上表面如弓型，這種結構可 以跨越所要求的 150m 長度，且對基礎沒有水平力推力。</p><p>　　圖 17：下部結構效果圖 這個設計最神奇的特點在于雙懸翼和可透水結構網格（圖 17，19），從橋面板上掛起，有&l

23、t;/p><p>　　著很大的平面剛度，形成了一個變深度梁，也就是說，系桿拱橋本身。 懸翼被設計為兩側對 稱平面，構成一個菱形格網。</p><p><b>　　主要結構簡介：</b></p><p>　　?拱：整個橋面板由拱懸掛著，矢高 10.30m，跨徑 124m（只考慮橋面板以上的拱），接 近 1/ 12 的矢跨比，這表明這是一種平拱。拱的

24、截面（圖 18）幾乎是長方形，雙翼伸 出的頂部以附加的斜肋構架。拱具有相同的深度，寬度從拱腳 4.0m 開始到拱頂的 2. 0m。使用 S355J2 鋼，最大厚度在拱頂和最小的在拱腳。正視圖下，拱為一個半徑約</p><p>　　150m 的圓曲線，且延伸到拱腳出。橋面板下，越到支座越變得更寬且仍然接著橋面板， 構成一個三角形，拱上的幾何構造有利于將壓縮應力傳播到拱支座</p><p>　

25、　?橋面：它為一個頂部 3.0m 高（中心）多室空心鋼箱梁，其中有 0.25m 厚混凝土板（圖 18）。使用屈服應力為 355 N/mm2 的 S355J2 鋼材。 截面底部為一個線半徑為 30.00m 的圓形曲，并與臨近的相切。橋面的橫截面被 4 塊腹板分割成 5 個室。</p><p>　　截面內部每 5.0m 布置一道橫向桁架，以便于偏心扭轉能被轉移到“斜肋構架”上，當 作一個內傾吊桿平面將荷載沿拱上傳遞

26、。橋面的寬度對抗扭剛度非常重要，高抗扭剛 度的組合橋面板對支撐中間跨徑 124m 的橋梁有著非常重大的作用。</p><p>　　在安全方面，對橋面板的扭轉剛度及組合橋面板中系桿的拉力而引起的不同程度的裂 縫進行了評估</p><p>　　圖 18：拱頂截面圖</p><p>　　?橋面板懸掛系統(tǒng)或斜肋構架（圖 19）。橋面板通過被稱為斜肋構架的 S355J2H

27、鋼管網 格連接到拱上。其目的是將垂直荷載從橋面板向拱傳遞。 因此，它基本上是受拉的， 支撐倒 T 形截面而引起的剪應力由于拱的斜截面壓縮和橋面板（或系梁）上的彎曲剛 度而大大的減少了。 每個斜肋構架的網格由兩個相交面組成，為在與水平面 45 度角 平面內的相互垂直排列的管狀型材。 在拱的每側每個方向有兩個“斜肋構架”平面。 斜肋構架的自身平面內剛度防止了任何拱平面內的不穩(wěn)定問題。同樣，兩側的斜肋構 架拱平面通過支撐桁架相連以防止風致振動

28、。這些桁架平行于斜肋構架鋼管，從而防 止了視覺和內部的燈光干擾。</p><p>　　圖 19：斜肋構架細部圖</p><p>　　?承臺與配重：橋在其端部放置橫跨橋面的混凝土配重來獲得平衡。作用力是橋面上的 拉力，用來平衡配重的垂直力和沿連接配重與支座的混凝土墩的壓力。 為了方便應力 的傳遞，在橋面上的最后米，隱藏于橋墩內，設置預應力混凝土，在鋼橋面（預應力 纜索連接）充分傳遞拉力。

29、此外，大量的節(jié)點在配重端部被創(chuàng)建。 橋面板由一個止推器和 6 個球型支座（或類似的裝置）支撐著。 由于承臺要求第二方 向固定，故止推器也沿著這個方向放置。</p><p>　　盡管建議的創(chuàng)新形式設計和建筑方法，在橋梁領域不常見，這種設計是一個非常規(guī)的結構， 可以解釋為，它的單元來自于結構的優(yōu)化方案，并將任何裝飾性的或不必要的元素都去掉。這 一建議的正式影響和建筑特色起源于訂和承重單元的設計。</p>

30、<p>　　縱向結構方案可以用兩種方式解釋，僅代表相同結構中的兩種不同的方法：</p><p>　　?156m 顯然（或者視覺上）屬于大跨徑，等效于隱形承臺間 162m 的間距，被處理成跨 徑為 124m 的帶復合橋面板（或系梁）的鋼系桿拱橋。傾斜的懸吊桿如網狀的弓弦拱， 但現(xiàn)在，它們被用常規(guī)方法安裝在兩個平面的菱形“斜肋構架”網格所代替。 系桿在懸臂端的豎向反力，距起拱線 19m?？梢苑纸鉃閮蓚€方

31、向：沿拱肋面下部的壓 力（在雙向應力下必須正確連接到混凝土內底面）和鋼箱梁上部所受的水平拉力。 這 在傳統(tǒng)的三角箱室中的自平衡，通過一個長 25m 的預應力混凝土錨固在復合橋面板上 并隱藏在基礎中。 這個力可以分為兩個：一個垂直向上的力（錨固在承臺末端），和 傾斜混凝土壓縮板，作為主跨的支撐，閉合箱形截面將相關的垂直力傳入深厚的基礎。</p><p>　　?另外，結構方案可以從不同的角度解釋：一個 162 米長

32、的雙嵌入跨度被設計。正彎矩 區(qū)長 124m，由變高度梁與網格腹板（斜肋構架）承擔。拱受壓和橋面板受拉。負彎矩 區(qū) 19m，支座附近，受橋面板的拉力和拱的壓力下雙向應力作用。橋面鋪裝的彎矩， 由于三角形截面，提供了一個簡短的隱藏的補償跨徑，以平衡支座端負彎矩。</p><p>　　雖然兩種結構的設計理念是正確的，但第二種（嵌入式梁）更好地描述了橋梁對活荷載的 反應。帶網絡吊桿的系桿拱在彎矩零點和橋面支座間的反應為，

33、拱—橋面結構在它們的相交處 受力明確，因為三跨連續(xù)梁（22.5+ 162 +22.5）的彎矩零點位置就在此。拱和橋面相連，盡 管變剛度梁的零力矩點在均勻荷載作用下位于最薄弱部分，活荷載改變了這種情況。這種特殊 情況沒有出現(xiàn)在常規(guī)的簡支梁的 Nielsen 系桿拱。這一特點增強了梁受力特性。</p><p>　　為了優(yōu)化結構在施工過程中的內力，大橋在施加恒載前是連續(xù)的，千斤頂將被應用于調整 內力。這樣可以控制三跨連

34、續(xù)梁零力矩點的位置，使它位于橋面與拱的交叉處以便于減少結構 彎曲的薄弱環(huán)節(jié)。時間依存分析可得分析出在無限遠時間內力與反力的重分配。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　【1】Millanes F, Ortega M, Carnerero A.“鋼拱橋的鋼管和網絡懸掛系統(tǒng)項目” 第七屆國 際鋼橋會議（編輯：ECCS-歐洲建筑鋼結構規(guī)范）Gu

35、imaraes. Portugal. Pp II-88 a II-96, 2008.</p><p>　　【2】Millanes F, Ortega M, Carnerero A.“Guadalquivir 河上的 Palma del Río 橋”， 混凝土結構科學技術協(xié)會第四屆代表大會（編輯：ACHE）Valencia, España. Resumen pp 505-506, nov. 2