摘要：桁架桥由主桁架、横梁、纵梁及平联组成的桥梁结构，由于下承式桁架桥主要承重桁架位于桥面之上，可以很大程度上降低梁高，在跨越路口等梁高受限情况下得到广泛应用。参考国内外研究，钢桁架的高跨比通常为1/7~1/15，但并没有明确最经济的高跨比。本文拟通过对某60m跨公路下承式三角形钢桁架桥不同桁高下结构性能的分析，研究该桁架桥高跨比与材料用量的关系，为设计者提供参考。
关键词：钢桁架桥 高跨比 经济性
1、概述
长期以来，钢桁架桥主要应用于铁路桥梁工程，但是随着国家经济技术的发展与提高，钢桁架桥梁也更多的应用于公路工程。相比于铁路钢桁架桥结构，公路钢桁架桥横向宽度较宽，其主桁结构大致分为柏式桁架、再分式桁架、K式桁架、菱形桁架、三角形桁架和多腹杆式桁架等多种结构形式。从结构整体到细部节点，从结构设计到桥梁施工养护，国内外学者均对钢桁架梁做了很多的研究，尤其对于钢桁架梁的高跨比、深跨比等技术性指标，都给出了范围性的建议值。在实际的工程中，桁架结构多采用三角形桁架，因此，宜对主桁为三角形的桁架结构作更为深入的研究分析。
本论文研究的钢桁架桥上部结构为跨度60m的简支结构，桥面总宽18.5m，结构设置一个固定支座、一个纵向活动支座、一个横向活动支座及一个双向活动支座，共4个支座。钢桁架桥主桁采用三角形桁架，中心间距19.16m，节间长9.72m，上弦5个节间，下弦6个节间，桥面共设置5道小纵梁，横向间距3.05m。上弦每个节点均设平面纵向联结系，上弦平面联结系在每个节点设成“K”型，两个节间组成“米”型。由于结构为跨径60m的车型桥，桥面上方应满足4.5m的净空需求，因此本桁架桥高跨比只研究到1/12，即高跨比研究范围为1/7~1/12。
2、结构建模
本论文采用空间有限元分析软件Midas Civil 2019建立桁架模型，对不同高跨比下的桁架结构进行对比研究分析。主桁、横梁、纵梁及联结系采用梁单元模拟，不考虑桥面板刚度作用，其自重以恒载的形式施加到横梁体系，模型采用弹性连接模拟支座类型及刚度；移动荷载采用车道线加载方式，桥面铺装、防撞护栏等二期恒载采用线荷载加载方式，均施加于横梁体系；风荷载采用面荷载施加于两片主桁；温度荷载考虑整体升降温影响及梯度温度影响。计算分析模型如下：
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结构离散模型 结构消隐模型
本论文通过调整模型的桁高及结构各杆件尺寸（论文中只调整钢构件板厚的大小，不改变构件的截面样式），以杆件最大应力为控制因素，并考虑桁架结构的整体稳定性，比较桁架在不同高跨比下的材料使用情况。
3、结果分析
本文所研究桁架结构使用钢材为Q390钢，不考虑结构纵、横向应力叠加及局部应力效应，结构整体纵向计算的控制应力为220MPa。论文计算了所研究桁架结构在高跨比为1/7、1/8、1/9、1/10、1/11及1/12工况下的静力响应情况及结构的稳定性。计算结果汇总如下表：
结构计算分析表
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论文以结构最大应力响应为首要控制目标，结构整体稳定性为辅助控制目标，通过调整构件截面尺寸，使结构在不同高跨比工况下，最大应力响应基本一致，并满足结构的稳定性需求。根据计算分析可知，所研究桁架结构在不同的高跨比下均满足受力及稳定性要求，但在控制目标基本相同的情况下，不同高跨比结构的材料用量各不相同，稳定系数的大小也有差异，其关系图如下图所示：
材料用量与高跨比关系图
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结构稳定系数与高跨比关系图
对比桁架结构高跨比与材料用量的关系图可知，随着桁高的增加，结构的材料用量成正相关减少趋势，即桁架高跨比越大，在满足静力受力需求下，材料用量的经济性越高。但是，从结构稳定系数与高跨比关系图可以看出，虽然所计算工况条件下结构的稳定性均能满足规范要求，其稳定系数却从13.02降低到6.13，因此，在分析桁架结构的最经济性高跨比时，应对结构的静力特性及稳定性要求做全面研究。
根据计算分析结果，桁架结构在高跨比的合理范围内，随着桁架高度的增加，结构经济性相应提高。但是实际工程中，桁架高度受很多现实因素的制约，设计者宜根据不同的实际情况，在满足结构稳定系数需求的前提下，选择高跨比较大的桁架结构。
4、结语
论文对跨度60m的简支三角形桁架桥进行研究分析，通过计算得出：结构在合理的高跨比范围内，均能满足其受力及稳定性要求，但在材料用量上却有不同：随着桁架高度的增加，结构在材料用量方面的经济性相应提高。本文分析结果是针对所研究特定桁架结构得出，其普遍适用性待进一步深入探索，希望本论文研究成果可以为设计者提供参考。
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