橋梁工程外文翻譯----網(wǎng)絡(luò)懸索系統(tǒng)在鋼系桿拱橋中的應(yīng)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(wǎng)絡(luò)懸索系統(tǒng)在鋼系桿拱橋中的應(yīng)用和發(fā)展</p><p>　　a 教授，博士，英，馬德里理工大學(xué)，IDEAM SA 總裁，馬德里，西班牙。 b 教授，英，馬德里歐洲大學(xué)，IDEAM SA 高級經(jīng)理，馬德里，西班牙。</p><p>　　c 英，IDEAM SA 高級經(jīng)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(wǎng)絡(luò)懸索系統(tǒng)在鋼系桿拱橋中的應(yīng)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(shè)計和建造了“Palma del Rio” 大橋，一座跨徑 130m，管狀結(jié)構(gòu)，封閉式雙網(wǎng)絡(luò)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(jié)構(gòu)的發(fā)展，一種雙“斜 肋構(gòu)架”與可滲透的結(jié)構(gòu)網(wǎng)格，具有很大的

4、水平剛度，形成一個變深度格網(wǎng)梁。</p><p>　　1 簡介：網(wǎng)絡(luò)系桿拱橋系統(tǒng)</p><p>　　該網(wǎng)絡(luò)系桿拱系統(tǒng)最顯著的特點在于它有網(wǎng)絡(luò)狀斜吊桿所產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)和美學(xué)效果。</p><p>　　1926 年 Octavius F. Nielsen 提出了系桿拱常規(guī)垂直吊桿結(jié)構(gòu)的發(fā)展，通過斜吊桿，V 型 配置，把拱變成梁式結(jié)構(gòu)，由吊桿承擔(dān)非對稱荷載所產(chǎn)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(jié)構(gòu)中，當(dāng)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(wǎng)絡(luò)系桿拱橋的概念。 1966 年 6 月在結(jié)構(gòu)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(fù) 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(fēng)險，使得這種 結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)響應(yīng)</b></p><p>　　對于系桿拱橋，橋面板上的豎向荷載由預(yù)應(yīng)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(yù)應(yīng)力系桿承擔(dān)[1]。</p><p>　　當(dāng)?shù)鼗敛荒艿挚狗浅４蟮乃酵屏r，這種結(jié)構(gòu)很有效。 帶豎直吊桿的結(jié)構(gòu)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(chǎn)生很大的</p><p><b>　　彎矩（圖 3）。</b></p><p>　　圖 3：帶豎直吊桿的結(jié)構(gòu)在系桿上作用有反對稱豎直荷載時的彎矩 網(wǎng)絡(luò)懸索系統(tǒng)

9、有一個非常有效的結(jié)構(gòu)響應(yīng)，從而導(dǎo)致一個非常均勻的吊桿尺寸，所有結(jié)構(gòu)</p><p>　　的橫截面面積幾乎相同，以及在拱和系梁中的彎曲應(yīng)力最小（圖 4）。 它也提高了在平面內(nèi)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(jīng)濟效益。</p><p>　　圖 4：帶網(wǎng)絡(luò)懸索系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)懸索系統(tǒng)的系桿拱橋</p><p>　　我們曾在西班牙設(shè)計和建造了這種結(jié)構(gòu)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(shè)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(jié)構(gòu)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(nèi)傾的鋼管拱（圖 7，8）。 橋面 由兩側(cè)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(wǎng)絡(luò)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(yù)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(cè)系桿相交處</p><p>　?。▓D 17）。這樣兩側(cè)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(cè)直徑為 900mm 的系桿的目

15、的主要是為了平衡拱在支座處產(chǎn)生的水平分量，避免基 礎(chǔ)移動，以及前面提到的側(cè)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(nèi)傾的網(wǎng)絡(luò)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(jié)構(gòu)是兩個相對于垂直平面內(nèi)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(yù)留一個錨固點。 為了支撐內(nèi)傾的拱肋，我們設(shè)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(wǎng)絡(luò)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(biāo)：</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(cè)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(zhuǎn)，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(nèi)傾拱平面內(nèi)形成封閉的網(wǎng)絡(luò)懸索系統(tǒng)， 每個網(wǎng)絡(luò)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(zhuǎn)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(wǎng)絡(luò)懸架系統(tǒng)的發(fā)展： valdebebas 橋梁</p><p>　　IDEAM 為 Valdebebas 大橋的設(shè)計贏得了一個奇異大橋的設(shè)計招標(biāo)，成為了一個城市地標(biāo)， 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(biāo)中的規(guī)格非常嚴格的通關(guān)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)可 以跨越所要求的 150m 長度，且對基礎(chǔ)沒有水平力推力。</p><p>　　圖 17：下部結(jié)構(gòu)效果圖 這個設(shè)計最神奇的特點在于雙懸翼和可透水結(jié)構(gòu)網(wǎng)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(shè)計為兩側(cè)對 稱平面，構(gòu)成一個菱形格網(wǎng)。</p><p><b>　　主要結(jié)構(gòu)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(gòu)架。拱具有相同的深度，寬度從拱腳 4.0m 開始到拱頂?shù)?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(gòu)成一個三角形，拱上的幾何構(gòu)造有利于將壓縮應(yīng)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(yīng)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(nèi)部每 5.0m 布置一道橫向桁架，以便于偏心扭轉(zhuǎn)能被轉(zhuǎn)移到“斜肋構(gòu)架”上，當(dāng) 作一個內(nèi)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(zhuǎn)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(gòu)架（圖 19）。橋面板通過被稱為斜肋構(gòu)架的 S355J2H

27、鋼管網(wǎng) 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(yīng)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(gòu)架的網(wǎng)格由兩個相交面組成，為在與水平面 45 度角 平面內(nèi)的相互垂直排列的管狀型材。 在拱的每側(cè)每個方向有兩個“斜肋構(gòu)架”平面。 斜肋構(gòu)架的自身平面內(nèi)剛度防止了任何拱平面內(nèi)的不穩(wěn)定問題。同樣，兩側(cè)的斜肋構(gòu) 架拱平面通過支撐桁架相連以防止風(fēng)致振動

28、。這些桁架平行于斜肋構(gòu)架鋼管，從而防 止了視覺和內(nèi)部的燈光干擾。</p><p>　　圖 19：斜肋構(gòu)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(yīng)力 的傳遞，在橋面上的最后米，隱藏于橋墩內(nèi)，設(shè)置預(yù)應(yīng)力混凝土，在鋼橋面（預(yù)應(yīng)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(shè)計和建筑方法，在橋梁領(lǐng)域不常見，這種設(shè)計是一個非常規(guī)的結(jié)構(gòu)， 可以解釋為，它的單元來自于結(jié)構(gòu)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(shè)計。</p>

30、<p>　　縱向結(jié)構(gòu)方案可以用兩種方式解釋，僅代表相同結(jié)構(gòu)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(fù)合橋面板（或系梁）的鋼系桿拱橋。傾斜的懸吊桿如網(wǎng)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(gòu)架”網(wǎng)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(yīng)力下必須正確連接到混凝土內(nèi)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(yù)應(yīng)力混凝土錨固在復(fù)合橋面板上 并隱藏在基礎(chǔ)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(guān)的垂直力傳入深厚的基礎(chǔ)。</p><p>　　?另外，結(jié)構(gòu)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(shè)計。正彎矩 區(qū)長 124m，由變高度梁與網(wǎng)格腹板（斜肋構(gòu)架）承擔(dān)。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(yīng)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(jié)構(gòu)的設(shè)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(yīng)。帶網(wǎng)絡(luò)吊桿的系桿拱在彎矩零點和橋面支座間的反應(yīng)為，

33、拱—橋面結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)在施工過程中的內(nèi)力，大橋在施加恒載前是連續(xù)的，千斤頂將被應(yīng)用于調(diào)整 內(nèi)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(jié)構(gòu) 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(nèi)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(wǎng)絡(luò)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)科學(xué)技術(shù)協(xié)會第四屆代表大會（編輯：ACHE）Valencia, España. Resumen pp 505-506, nov. 2