斜腿剛構橋

斜腿剛構橋是剛構橋的一種，它與三跨連續剛構橋的不同之處是：三跨連續剛構橋與主樑固結的橋墩與水平面垂直，而斜腿剛構橋與主樑固結的橋墩與水平 面的夾角為鋭角。

對比直腿剛構橋，斜腿剛構橋能縮短主樑的跨度，為中跨提供預壓應力，從而削弱構件的內力峯值，使橋樑變得輕巧和纖細。斜腿剛構橋屬三次超靜定結構，具有斜向支撐構件和水平向梁式構件，構件受彎並按照剛度的大小分配彎矩，具有剛構梁的特性；構件偏心受壓，又具備拱的特性。

斜腿剛構橋採用斜腿與主樑固結的型式來支撐橋樑結構，斜腿底部受到了較大的水平力作用，主跨主樑承受了較大的軸向壓力，可以為中跨主樑提供預壓應力，從而減小主樑截面高度和預應力鋼束用量，所以梁腿固結這種型式不但能改善橋樑結構的受力狀況，還能節省工程材料。斜腿剛構橋主樑的正彎矩與簡支梁相比較小，具有更大的跨越能力，在特殊的路段可以避免中墩的設置。該橋型用較小的主樑跨度跨越其它線路，當應用在公路和通航的河流上時，能夠提高通車和通航能力；當應用在山區峽谷等複雜地形時，能夠減小施工難度。 ^[1] 

這類橋型因其具有呈水平向的梁式構件和斜向支承構件而在力學行為上兼具梁式剛構特性(構件受彎並按剛度比例分配其值大小)和拱的特性(構件偏心受壓)，且在橋型構件的組成上使受力較大的區域(跨中附近)產生壓力而變為偏心受壓構件，橋樑上下部各構件相互固結形成堅固幾何形態的體結構，共同抵抗外荷載。與直腿剛構橋相比，斜腿的作用使主樑跨度明顯縮短，併為中跨梁提供免費的預應力，大大削弱了組成構件的內力峯值而使構中變得輕巧和纖細。斜腿剛構橋以其外形勻稱、平衡性好、墩位合理、抗風性強、可利用懸臂施工等優勢，有較強競爭能力。尤其在跨越山谷、修建立交橋時更為適用。 ^[2] 

斜腿剛構的整體性非常好，尤其是採用整體現澆的混凝土結構。斜腿將梁體傳來的力有效地傳給基礎，同時為主樑提供一定的剛度貢獻，且由於斜腿的設置，使主樑中跨承受軸向壓力。強大的隅節點連接着主樑與斜腿，使兩者相互制約、相互影響，共同工作。斜腿剛構的主樑可看做一個連續梁，但主要截面的彎距均比同樣跨度的連續梁要小。

斜腿剛構橋由於受力和外型特點，特別適合在跨越河谷、線路且兩岸地質條件良好的條件下修建。這種橋型還具有很多獨特的特點：

(1)截面相對較小，結構較輕型。由於斜腿的設置，主樑獲得了較大的“免費預應力”，截面可做的較小。

(2)跨越能力大。通過斜腿的設置，可用較小的主樑跨度獲得較大的跨越能力，特適合於城市跨線立交和深山、峽谷、水深流急地區修建。

(3)結構性能好。從各國已建橋樑來看，該橋型具有縱向、豎向剛度大，抗裂性和抗震性都比較好的特點。

(4)橋面連續，司乘條件好。需要時，可採用斜腿剛構連續梁橋，增長橋面連續長度。

(5)施工較簡便。可採用纜索吊裝、懸臂施工、設備較簡單的轉體施工等。 修建同等跨度橋樑，施工比拱橋簡單，用材比簡支梁橋省。

(6)造型輕巧美觀。線條簡潔明快，橋下通視好；預應力混凝土斜腿剛構橋的梁底呈曲線佈置，具有類似拱橋的形狀，頗帶有民族色彩。在提倡橋樑的美學設計的呼聲中，斜腿剛構橋正成為城市修建橋樑的首選橋型之一。 ^[3] 

一、温度變化對於結構受力的影響：

混凝土橋樑結構在太陽照射和氣温變化等環境影響因素下，在結構內部會引起隨時問變化的非線性温度分佈，將會產生温度應力和温度位移。對於上部主樑和斜腿固接的多次超靜定的斜腿剛構橋，因温度變化產生的結構內力對整個結構的驗算有很大的影響。隨着温度變化度數的增大，結構主要斷面的彎矩值均不斷增大，斜腿頂端的內力值變化最大。

二、基礎變位對結構內力的影響：

斜腿剛構橋因同時兼具梁式剛構和拱的特性，墩台的沉降或者強制位移在結構內部均會引起結構次內力，墩台的變位值理論上是可以通過橋位處的地質情況計算出來的，但實際橋位處的地質情況又很難確定和水文的隨時間的變化性，那麼基礎變位值就很難確定了。隨着基礎變位(水平和豎直)數值的增大，結構主要斷面的彎矩值亦增 大，豎向變位對中跨支點的內力影響較大，斜腿頂端對水平變位更敏感。

三、斜腿不同支撐(固接、鉸接)對結構內力影響：

支點鉸接下的斜腿可以做成上大下小的變截面形式，增加視覺和美觀效果；斜腿固接時，結構超靜定次數增多，結構整體性和剛度均增大。温度和基礎變位對結構後期運營階段有很大的影響。邊跨跨中和中跨支點處由恆載引起的彎矩在斜腿鉸接情況相比固接情況下較大，中跨跨中和斜腿頂端處較小； 斜腿固接情況下温度對整個結構的影響相比鉸接情況下增大更為明顯；斜腿鉸接情況下中跨支點彎矩比固接下小，斜腿頂端的彎矩大。斜腿的支撐情況必須合理選擇，使結構的受力更合理。 ^[4] 

複雜性

大跨度拱橋地震反應的複雜性主要表現在兩個方面：

(1)高階振型的影響不可忽略。在地震中較易受破壞的細部結構，其地震反應往往是由高階振型的貢獻起控制作用的。

(2)多點不同步激勵和豎向地震動的影響不可忽略。拱橋是多次超靜定體系，在大跨度拱橋的地震反應中，多點不同步激勵的影響是最受關注的，它將產生由於拱腳相對位移引起的擬靜力作用以及激發起對稱振型對地震反應的貢獻，從而使地震反應增大。增大的程度與地震輸入特性，結構本身的剛度、動力特性等因 素有關。當橋的剛度較大時，擬靜力反應起控制作用；而結構柔性的增加，對稱振型的貢獻將起主導作用。另外，考慮豎向地震動的作用，一般也會使橋樑的地震反應有較大增加。

橫向與縱向地震分析

一、在縱向地震荷載作用下，對於主樑，墩梁固結處的主樑根部反應比跨中大。

二、在橫向地震作用下，主樑跨中反應比根部大。因此，在斜腿剛構橋樑抗震設計中，地震反應的控制截面在斜腿頂部、主樑根部和跨中截面。 ^[5] 

從結構分析方法來説，有靜力優化和動力優化。靜力優化是在靜力荷載作 用下對結構進行靜力分析，建立重量、剛度、強度、穩定等方面的目標函數或約束條件，採用合適的優化方法，對結構進行優化設計；動力優化是對結構進行動力分析，建立關於結構固有特性(週期、頻率等)或動力反應的目標函數或約 束條件進行的優化設計。

從優化方法來講，有準則法和規劃法。準則法是通過力學概念或工程經驗建立符合條件的優化準則，這種方法物理意義明確，方法相對簡單，收斂速度快；規劃法是以數學規劃理論為基礎的，適應面廣，收斂性好，但速度慢。後 一種方法更為常用。

(1)截面優化。這是橋樑結構優化設計的基本內容，包括截面形式、截面特性(面積、慣性距)和截面尺寸的優化，是結構佈局和材料一定時，預先確定優化目標，建立目標函數，在某種荷載組合作用下，且滿足一定的約束條件，尋求結構最優化、最合理的截面。截面優化的優化目標一般都為重量最輕或造價最低。

(2)結構佈局優化。主要有幾何優化和拓撲優化，其中每項都包含截面優化的內容。幾何優化是通過調整結構各結點在空間中的位置，尋求最合理的結構佈局，使結構性能最優。幾何優化的目標函數一般也均為結構總重量。可進行幾何優化的橋樑型式主要有斜腿剮構橋、桁架、鋼管拱、桁架拱等幾種。拓撲優化是在不退化為機構的條件下，通過增加或去掉某些構件，尋求最合理、 最經濟的連接形式，桁架類橋可進行拓撲優化。 ^[3]