宁堡大桥设计与功能介绍

赛勒河边的宁堡（Nienburg）位于德国萨克森-安哈尔特州（Sachsen-Anhalt）。宁堡1823年人口约为 2000人，属 1815 年成立的德意志联邦成员国之一的安哈尔特-科滕公国（Anhalt-Cöthen）。这座城市位于赛勒河（Saale River）西岸、与易北河（Elbe River）交汇处。建造宁堡斜拉桥前，当地正处于1806—1813年法国军事占领后的经济恢复期，经济仍主要依赖农耕和畜牧[14]。受英国工业革命的影响，宁堡的商业不断发展，成了发达的内陆港口。三十年战争期间横跨赛勒河的老桥垮塌后，宁堡一直依靠渡船连接两岸，但随着宁堡的发展，迫切需要新建一座桥来代替渡船。但当时安哈尔特-科滕公国背负着巨额的债务，无力建造圬工拱桥[15]，而且拱桥会影响通航。

宁堡桥的设计者戈特弗里德·班德豪尔，1790年出生于宁堡东35 km 的罗斯洛安，很早就从事工程建造和监督工作。1824 年，班德豪尔提出了可开启的双塔斜拉桥设计草图，如图2.1[12]，预算造价约为4000泰勒（Thaler）。据内斯特（Nestler）所说[14]，班德豪尔对悬索桥和斜拉桥理解都很透彻，于是决定采用造价较低的斜拉桥。图 2.2 为宁堡大桥立面图，跨中可开启，降下开启叶时，船只便能在不卸下桅杆的情况下通过。班德豪尔的设计使用卡伦伯格尺寸（Kalenberger）中的福斯（Fuss）为基本单位（1 Fuss＝29.33 cm）。换算下来桥梁的主要尺寸为：总长 118.5 m，计算跨径 79.2 m，开合叶长 1.5 m，桥宽 7.63 m，桥面以上主塔高14.8 m，桥面距水面3.9 m；设计水位取1784年最高洪水水位，比一般水位高4.18 m。

图2.1　宁堡大桥设计图

图2.2　宁堡大桥立面图

1—铸铁拉索；2—锻铁鞍座；3—木制桥塔；4—拉索锚碇（翼墙式）；5—木制横梁；6—木制加劲梁；7—木制X形横向支撑；8—铰链梁板；9—开启叶（向下折叠）；10—圬工桥墩；11—圬工拱；12—石锚块。

木制桁架桥塔建造于圬工桥墩上，如图 2.3 所示，塔顶各有一个铸铁锚固装置，用于固定斜拉索并传递竖向荷载。斜拉索为锻铁圆棒，跨中索与桥塔顶部的锚固装置和梁部通过剪力销连接，背索与锚墙底部的石锚块连接，各索还用环向拉索连接。由于杆件既可能受压也可能受拉，且轻型桥梁易受振动影响，构件连接处易磨损，节点设计无法采用螺栓，而采用类似于鳄鱼牙齿[16]的棘轮齿来传力，如图 2.4 所示。加劲梁包括木制桥面板、支撑道路和人行道的纵向木梁、加劲梁和横向支撑，如图2.5。桥面总宽度为 7.63 m，由一条2.35 m宽的货车车道、两侧各一条马车道和一条 1.17 m 宽的人行道组成。跨中开合结构的细节如图 2.6所示， 当开启桥面时，于孔7中取出螺栓9，从链条鼓上放出链条，依次降低铰链叶。随着铰链叶的降低，纵向护栏的两个桁架部分解锁并向内旋转（同时释放更多链条），为船只打开通道。当关闭桥面时，用两个链条起重机提升铰链叶，然后将螺栓 9 插入孔 7中，固定铰链叶。

桥梁设计恒载为 68 kN，活载取 1100 人，人均体重 77 kg，均布于桥面，即总活载为833 kN[13]。确定拉索尺寸时，为满足经济性要求，取安全系数为2[17]，因为当时桥面基本上不可能出现1100人的活载，除非是战争时期。

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图2.3　桥塔截面图

1—橡木柱；2—加劲梁；3—桥门架；4—支撑；5—铁圈；6—螺栓；7—上部系杆；8—索鞍；9—木制覆层；10—木制桥面；11—圬工拱；12—圬工护墙；13—桥面铺装；14—分水角；15—底侧板。

图2.4　斜拉索连接系统[13]

图2.5　梁截面图

1—锻铁拉索；2—锁紧套筒；3—木制横梁；4—木制加劲梁；5—路面纵梁；6—人行道纵梁；7—车道板；8—人行道板；9—X形横向支撑；10—挡砟板。

图2.6　开合结构细节

1—锻铁拉索；2—锁紧套筒；3—木制横梁；4—铰链；5—锁杆；6—铰链筒；7—眼杆；8—锻铁檐槽吊钩；9—穿过眼杆和吊钩的螺栓；10—横梁叶；11—铰链叶；12—纵梁叶；13—桥面叶；14—固定纵梁；15—固定桥面；16—横向桁架；17—剪力键；18—木制垫枕。