桥梁工程概论-主桁几何图式对设计质量的重要影响

主桁是桁梁桥的主要组成部分，它的图式选择是否合理，对桁梁桥的设计质量起着重要作用。在拟定主桁图式时，应根据结构受力分析以及桥位当地的具体情况，选择一个较为经济合理的方案，使其满足桥上运输及桥下净空，受力合理，节约钢材，便于制造、运输、安装和养护的要求，并适当考虑美观。常用的主桁几何图式见图6.19。

图6.19　主桁的几何图式

图（a）表示的几何图式称为三角形腹杆体系，是在华仑桁架（Warren Truss，即该图中去掉所有竖杆后形成的桁架，也叫三角形桁架）的基础上再分形成的。具有这种图式的桁梁桥构造简单，部件类型较少，适应设计定型化，有利于制造与安装，是我国铁路下承式栓焊钢桁梁桥标准设计采用的主桁图式。当跨度为48m、64m、80m 时，不论是简支桁梁还是连续桁梁，其主桁图式均采用图（a）。图式更简单的三角桁架，在高铁桁梁桥中时常采用。

与图（a）相比，图（b）中斜杆的布置有所变化，均对称于跨中向下倾斜，这种桁架称为豪式（Howe）桁架。在自重作用下，竖杆（跨中零杆除外）受拉而斜杆受压。与图（a）相比，在竖向荷载作用下，图（b）的竖杆受力大，受压斜杆的数量也较多，而且弦杆内力在每个节间都有变化。若让图（b）中的斜杆对称于跨中向上倾斜，就是普拉特（Pratt）桁架，也叫N形桁架。在自重作用下，该桁架的竖杆受压而斜杆受拉，较适于特大跨度的桁梁结构。对这两种图式，若在每个节间再增加一根斜杆，就可组合成K形、X形，Y形和倒Y形。K形图式在超大跨度桁梁中有所应用，X形图式则多用于桁梁桥的联结系。(www.xing528.com)

图（c）～ 图（e）为几种上承式简支桁梁的几何图式。对于中等跨度的上承式桁梁桥，其主桁图式常用图（c），较少采用图（d），这是因为图（d）的端竖杆要传递较大的支承反力，用料较多。对于小跨度的桁梁桥，也可做成图（e）所示的结构型式。由于上弦是压弯杆件，因此，增添了一些立杆，以减小上弦杆的长度，有利于节省上弦杆的钢料。它的下弦做成鱼腹形，为的是使桥面至支座底的高度与同跨度的钢筋混凝土梁一致，以便可以互换，同时也可节省材料。

对于大跨度（跨度在80　m 以上）的下承式铁路桁梁桥，为了节省钢料，曾经采用过上弦为折线形的主桁图式，见图（f）。由于这种图式的主桁高度的变化与主桁所承受的弯矩变化基本一致，因此，具有这种图式的桁梁，较平行弦的桁梁要节省钢料2%　～3%。但由于上弦为折线形，杆件和节点的类型多，不利于制造与架设。因此，这种图式在我国应用较少。

在钢桥制造水平还相对较低的年代，对于特大跨度的桁梁，若仍采用图（a）所示的几何图式，可能会给设计和制造带来困难。我国中等跨度钢桁梁的标准设计，其节间长度通常为8m。桥梁工厂曾备有一套适应节间长为8m 的桁梁制造设备。在特大跨度（达160m 或更大）三角型腹杆体系的桁梁中，若也采用8m 节间，同时还保持斜杆适当的倾度，则桁高不够，难于满足桁梁桥的竖向刚度要求。为了兼顾当时桥梁工厂的设备情况，节间长度可仍采用8m，但须采用图（g）再分式桁架或图（h）米字型桁架的几何图式。这样，在保持斜杆具有适当倾度的情况下，可以增大桁高。因此，图（g）或图（h）就可用作大跨度或特大跨度桁梁的图式。随着钢桥制造水平的提高，这一问题已不复存在。

根据结构受力需求对不同的主桁图式进行组合运用的实例之一，是日本大阪的港大桥。该桥建于1974年，采用三跨悬臂钢桁梁结构，主跨510m，双层公路桥面。主跨中2×162m长的悬臂段桁架，各由5个K形、3个N形和一个Y形节间组成；长186m的挂孔段桁架，由梁两端的1个倒Y形、中间的8个N形节间组成。