前言
2001年，萊茵河魏爾市和特魯耶邊界市鎮(zhèn)共同體宣布了關(guān)于德國(guó)和法國(guó)之間跨越萊茵河的一座通自行車(chē)的人行橋的競(jìng)標(biāo)。橋位于巴塞爾附近，在德國(guó)、法國(guó)、瑞士三國(guó)的三角地帶，德法審查委員會(huì)的基本要求是功能/安全，船撞，建筑學(xué)品質(zhì)/創(chuàng)新，造價(jià)，可建性和高效使用性。勝利的團(tuán)隊(duì)獲得了這個(gè)項(xiàng)目。
橋梁設(shè)計(jì)的基本要求是通航凈空7.80×155m，為避免船撞危險(xiǎn)，選擇了在萊茵河中不設(shè)橋墩的拱橋。
設(shè)計(jì)的另一基本構(gòu)思是荷浦斯特貝/法國(guó)耶魯軸線(xiàn)和從魏爾到許林根塔的視線(xiàn)方向錯(cuò)位。為了這兩個(gè)景觀(guān)視線(xiàn)的關(guān)聯(lián)，橋設(shè)計(jì)成非對(duì)稱(chēng)的。
主橋
為便于包括殘疾人在內(nèi)的人群過(guò)橋，引道采用了4%的最大斜坡。由于這個(gè)斜坡和7.80×155m的通航凈空，本橋總長(zhǎng)248m，主跨229.40m。（圖一）
圖1 正面和平面
為了獲得優(yōu)雅的外觀(guān)，拱身高度盡量減低，在跨中的建筑高度:拱圈距橋臺(tái)為23m，拱圈距橋面為14.90。建造這樣細(xì)長(zhǎng)的拱圈只能用鋼材。
在堤岸連續(xù)區(qū)用輕型建筑。橋墩和橋臺(tái)沒(méi)入水中。拱腳推力在橋臺(tái)處必須轉(zhuǎn)向，因此須設(shè)置約束桿件。（圖二）
圖2 拱橋體系
由于有約束桿，橋梁體系是一個(gè)系桿拱和一個(gè)具有約束桿的真拱的結(jié)合。
護(hù)欄之間的最小寬度大于5m，有足夠的空間供人行和自行車(chē)過(guò)橋。由于通風(fēng)和牽連到視野，橋的橫斷面是非對(duì)稱(chēng)的。北拱圈建成垂直的，具有兩個(gè)六邊形鋼箱斷面。南拱圈建成傾斜的，具有空心圓斷面。北側(cè)是“強(qiáng)側(cè)”，南側(cè)是“弱側(cè)”，向北拱傾斜。北側(cè)承擔(dān)兩倍于南側(cè)的荷載。（圖三）
圖3 橫斷面
結(jié)構(gòu)分析
結(jié)構(gòu)分析時(shí)整個(gè)體系當(dāng)做一個(gè)梁結(jié)構(gòu)模型，橋面為有限單元模型。主要的挑戰(zhàn)是水平力和恒載作用下體系的細(xì)長(zhǎng)度/柔軟度和非對(duì)稱(chēng)性問(wèn)題。
有關(guān)的設(shè)計(jì)荷載是恒載、風(fēng)載和活載。對(duì)這樣一個(gè)人行長(zhǎng)拱橋確定逼真的活載是困難的。三國(guó)橋是按德國(guó)規(guī)范DIN-Fachberich 101半跨滿(mǎn)體活載設(shè)計(jì)。（圖四）
圖4 活載及引起的撓度
滿(mǎn)佈活載時(shí)撓度為1275mm。由于撓度很大，體系為幾何非線(xiàn)性的，必須按二階理論分析，荷載工況不能疊加而必須分析共同荷載。
風(fēng)載按E-DIN（歐洲規(guī)范）1055-4:8/2002計(jì)算。有了確切的計(jì)算，風(fēng)洞試驗(yàn)得能證實(shí)，確切的計(jì)算對(duì)盡力減低這個(gè)柔性建筑的水平力是至關(guān)重要的。
吊桿
用傾斜的封閉索吊桿連接正交異性橋面主梁于拱圈。為避免吊桿壓曲，采用了螺旋鋼絞線(xiàn)。拱梁之間的連接采用開(kāi)口的型鋼配件。在梁上連接點(diǎn)處，用開(kāi)口的套接端以調(diào)整拉索的長(zhǎng)度。（圖五）
圖5 吊橋（單位：mm）
連結(jié)和支承
梁段連結(jié)考慮耐久性和美觀(guān)。經(jīng)過(guò)細(xì)心的設(shè)計(jì)，拱身接頭采用鑄鋼節(jié)點(diǎn)板而避免采用一般節(jié)點(diǎn)板，其厚度隨受力而變。在梁段和鑄鋼節(jié)點(diǎn)板之間的焊接范圍在高受力區(qū)之外。
由于體系非對(duì)稱(chēng)和風(fēng)載，在支承處的水平力很高，鋼結(jié)構(gòu)的垂直支承力相對(duì)較低，因此，其合力不作用于支承中心，不能采用標(biāo)準(zhǔn)型式的水平支座。
在許林根側(cè)，拱腳不允水平移動(dòng)。為使力作用于橋臺(tái)，必須南面設(shè)3個(gè)球面支承，北面2個(gè)。所有球面支承都是傾斜的。所有支承具有帽罩的形式，都在同一個(gè)球面上，這個(gè)球面的中心就是拱的基底，因此能夠轉(zhuǎn)動(dòng)而不會(huì)有約束力。（圖六）
圖6 許林根側(cè)：不能縱向位移的支座
在萊茵河魏爾側(cè)，拱腳容許水平位移，但對(duì)橫向力固定。最大水平位移約500mm。能夠掌控這個(gè)荷載和位移轉(zhuǎn)換的結(jié)構(gòu)是一個(gè)擺柱式“拉桿”裝置。擺柱固定在橋臺(tái)上，水平力可通過(guò)一對(duì)力來(lái)轉(zhuǎn)換。（圖七）
圖7 萊茵魏爾側(cè)：容許水平位移支座
約束桿 基礎(chǔ)
拱腳推力在橋臺(tái)處用約束桿轉(zhuǎn)向。拉桿為幾片鋼板，用螺栓固定在主梁末端和橋臺(tái)上。（圖八）
圖8 約束桿（單位mm）
由于采用了約束桿，拱的兩側(cè)皆須有永久性的土壤錨定?；A(chǔ)土壤為沙卵石，深層為泥巖。在沙卵石層設(shè)置了一個(gè)筏形基礎(chǔ)，水平力荷載轉(zhuǎn)換時(shí)啟動(dòng)了卵石層的抗剪力以避免基礎(chǔ)的轉(zhuǎn)動(dòng)。
廠(chǎng)內(nèi)組裝
通常在廠(chǎng)內(nèi)組裝構(gòu)件時(shí)都是按正起拱度（負(fù)撓度）裝配。三國(guó)橋的體系是幾何非線(xiàn)性的，因此，起拱度是一個(gè)復(fù)雜的空間形式，不能直接由撓度決定。計(jì)算起拱度時(shí)采用了迭算法，考慮結(jié)構(gòu)的幾何非線(xiàn)性行為（二階理論）。
由于橋體橫斷面的非對(duì)稱(chēng)性，在恒載作用下會(huì)有水平位移，因此，橋體按水平和垂直起拱度組裝。此外，安裝過(guò)程臨時(shí)索的影響應(yīng)予考慮，所有這些影響導(dǎo)致一個(gè)復(fù)合的起拱度。在工廠(chǎng)組裝時(shí)，各節(jié)段須按傾斜位置支立，以得到在恒載作用下形成一個(gè)垂直北向拱橋的永久位置。
匝道
匝道和樓梯使從兩側(cè)能進(jìn)入主橋。匝道和樓梯由柔性鋼箱建成，最大建筑高度400mm。鋼箱由直徑180mm鋼管支承。
對(duì)于殘疾人在內(nèi)的人群，法國(guó)側(cè)的匝道太陡，因而建了一個(gè)電梯。
萊茵河魏爾的匝道用牛腿栓釘與主橋連接（圖9）。該側(cè)主梁端有主橋的縱向自由位移，因此牛腿栓釘有一個(gè)滑動(dòng)面。由于建筑高度很低，牛腿栓釘上的承座分為水平和垂直兩種。匝道和主橋之間的伸縮縫由滑動(dòng)鋼板制成。
圖9 匝道，萊茵魏爾側(cè)
欄桿帶鋼索，和主橋一樣。在扶手上設(shè)置了照明。此外在匝道和主橋上使用同樣的環(huán)氧涂層，涂層顏色采用輕灰色，DB701。
施工階段
橋體在距架設(shè)現(xiàn)場(chǎng)500m的一個(gè)預(yù)施工場(chǎng)進(jìn)行預(yù)組裝（圖10）。當(dāng)鋼結(jié)構(gòu)焊接完成后，整個(gè)結(jié)構(gòu)用重型運(yùn)輸工具在駁船上浮運(yùn)就位。浮運(yùn)過(guò)程，萊茵河封閉通航僅一天。橋體是用纜索卷?yè)P(yáng)機(jī)從預(yù)制場(chǎng)進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)的。
圖10 預(yù)組裝
振動(dòng)測(cè)試
橋梁在開(kāi)放通行之前作了振動(dòng)測(cè)試以驗(yàn)證動(dòng)力計(jì)算及其動(dòng)力性能。約有1000人從兩側(cè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)步行通過(guò)該橋，作了不同人數(shù)不同速度的測(cè)試。
橋的測(cè)試結(jié)果和動(dòng)力分析的差異在第三振型時(shí)測(cè)到。三國(guó)橋的阻尼很低（1%），但在一個(gè)鋼建筑的通常范圍之內(nèi)。能激發(fā)的自然頻率為1.0HZ，激起的橋面位移有水平和垂直分量，但臨界橫向位移只在500人以上以最少5.8m/h速度過(guò)橋時(shí)才會(huì)激起，這種情況發(fā)生的機(jī)率極低。因此兩側(cè)議會(huì)決定不設(shè)阻尼器。
小結(jié)
以一個(gè)單一、非對(duì)稱(chēng)的拱橋跨越萊茵河的初始想法的實(shí)施是成功的。橋的形狀簡(jiǎn)單，但富有表現(xiàn)力（expressive）和嚴(yán)格順應(yīng)最佳的力流線(xiàn)（圖11）。消除了船撞危險(xiǎn)?？缃?jīng)230m的非對(duì)稱(chēng)拱具有期望的獨(dú)創(chuàng)性，滿(mǎn)足業(yè)主的要求。僅管很大的技術(shù)挑戰(zhàn)，復(fù)雜的細(xì)節(jié)都做了仔細(xì)的設(shè)計(jì)。
圖11 三國(guó)橋夜景
數(shù)據(jù)匯總（業(yè)主、設(shè)計(jì)、校核、施工單位等名稱(chēng)略）
總長(zhǎng)： 248m
跨徑： 229.40m
橋面積： 1500㎡（6.048m寬）
總重： 1020t
總造價(jià)：（歐元.百萬(wàn)） 9
投資： 法國(guó)50%，德國(guó)50%，并有歐盟資助
施工： 2004年2月至2007年3月
通行日期： 2007年3月
譯者后記
《橋梁》雜志2010年6期曾在記者訪(fǎng)問(wèn)兩位國(guó)際橋協(xié)副主席項(xiàng)海帆、葛耀君的文章“解碼國(guó)際橋協(xié)之評(píng)獎(jiǎng)標(biāo)準(zhǔn)”一文中提到：“2009年，萊茵河上一座人行橋—三國(guó)橋（Tri-countries Bridge）擊敗了眾多強(qiáng)勁的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手，獲得了橋協(xié)的杰出結(jié)構(gòu)獎(jiǎng)”，“最吸引評(píng)委的是其結(jié)構(gòu)的合理性，……合理到難以進(jìn)行優(yōu)化的程度，而且造價(jià)低廉，……一平方米橋面只有1050歐元，只相當(dāng)于歐洲同類(lèi)橋梁造價(jià)的三分之一”，接著還較詳細(xì)的介紹了其三方面的合理性。筆者在去年拙文“橋梁美觀(guān)和結(jié)構(gòu)創(chuàng)新”文中已初步轉(zhuǎn)介了這座“結(jié)構(gòu)、美觀(guān)、經(jīng)濟(jì)”三贏的杰出橋梁的簡(jiǎn)況。當(dāng)今中國(guó)橋梁正流行著一些遠(yuǎn)離結(jié)構(gòu)原則、造型奇特怪異、用以吸引人們眼球、賺取納稅人大量錢(qián)財(cái)?shù)乃^“美觀(guān)”“創(chuàng)新”橋梁之際，介紹一些國(guó)內(nèi)外杰出優(yōu)美的橋梁建筑和設(shè)計(jì)，應(yīng)當(dāng)是有益的，因此特函請(qǐng)項(xiàng)、葛副主席將該橋有關(guān)資料寄賜，經(jīng)譯出以饗讀者，使大家能夠更細(xì)致的了解其諸多具體細(xì)節(jié)，以供學(xué)習(xí)和借鑒。
