前言
2001年，萊茵河魏爾市和特魯耶邊界市鎮(zhèn)共同體宣布了關于德國和法國之間跨越萊茵河的一座通自行車的人行橋的競標。橋位于巴塞爾附近，在德國、法國、瑞士三國的三角地帶，德法審查委員會的基本要求是功能/安全，船撞，建筑學品質(zhì)/創(chuàng)新，造價，可建性和高效使用性。勝利的團隊獲得了這個項目。
橋梁設計的基本要求是通航凈空7.80×155m，為避免船撞危險，選擇了在萊茵河中不設橋墩的拱橋。
設計的另一基本構(gòu)思是荷浦斯特貝/法國耶魯軸線和從魏爾到許林根塔的視線方向錯位。為了這兩個景觀視線的關聯(lián)，橋設計成非對稱的。
主橋
為便于包括殘疾人在內(nèi)的人群過橋，引道采用了4%的最大斜坡。由于這個斜坡和7.80×155m的通航凈空，本橋總長248m，主跨229.40m。（圖一）
圖1 正面和平面
為了獲得優(yōu)雅的外觀，拱身高度盡量減低，在跨中的建筑高度:拱圈距橋臺為23m，拱圈距橋面為14.90。建造這樣細長的拱圈只能用鋼材。
在堤岸連續(xù)區(qū)用輕型建筑。橋墩和橋臺沒入水中。拱腳推力在橋臺處必須轉(zhuǎn)向，因此須設置約束桿件。（圖二）
圖2 拱橋體系
由于有約束桿，橋梁體系是一個系桿拱和一個具有約束桿的真拱的結(jié)合。
護欄之間的最小寬度大于5m，有足夠的空間供人行和自行車過橋。由于通風和牽連到視野，橋的橫斷面是非對稱的。北拱圈建成垂直的，具有兩個六邊形鋼箱斷面。南拱圈建成傾斜的，具有空心圓斷面。北側(cè)是“強側(cè)”，南側(cè)是“弱側(cè)”，向北拱傾斜。北側(cè)承擔兩倍于南側(cè)的荷載。（圖三）
圖3 橫斷面
結(jié)構(gòu)分析
結(jié)構(gòu)分析時整個體系當做一個梁結(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長度/柔軟度和非對稱性問題。
有關的設計荷載是恒載、風載和活載。對這樣一個人行長拱橋確定逼真的活載是困難的。三國橋是按德國規(guī)范DIN-Fachberich 101半跨滿體活載設計。（圖四）
圖4 活載及引起的撓度
滿佈活載時撓度為1275mm。由于撓度很大，體系為幾何非線性的，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。
風載按E-DIN（歐洲規(guī)范）1055-4:8/2002計算。有了確切的計算，風洞試驗得能證實，確切的計算對盡力減低這個柔性建筑的水平力是至關重要的。
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。拱梁之間的連接采用開口的型鋼配件。在梁上連接點處，用開口的套接端以調(diào)整拉索的長度。（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。經(jīng)過細心的設計，拱身接頭采用鑄鋼節(jié)點板而避免采用一般節(jié)點板，其厚度隨受力而變。在梁段和鑄鋼節(jié)點板之間的焊接范圍在高受力區(qū)之外。
由于體系非對稱和風載，在支承處的水平力很高，鋼結(jié)構(gòu)的垂直支承力相對較低，因此，其合力不作用于支承中心，不能采用標準型式的水平支座。
在許林根側(cè)，拱腳不允水平移動。為使力作用于橋臺，必須南面設3個球面支承，北面2個。所有球面支承都是傾斜的。所有支承具有帽罩的形式，都在同一個球面上，這個球面的中心就是拱的基底，因此能夠轉(zhuǎn)動而不會有約束力。（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，但對橫向力固定。最大水平位移約500mm。能夠掌控這個荷載和位移轉(zhuǎn)換的結(jié)構(gòu)是一個擺柱式“拉桿”裝置。擺柱固定在橋臺上，水平力可通過一對力來轉(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
拱腳推力在橋臺處用約束桿轉(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土壤為沙卵石，深層為泥巖。在沙卵石層設置了一個筏形基礎，水平力荷載轉(zhuǎn)換時啟動了卵石層的抗剪力以避免基礎的轉(zhuǎn)動。
廠內(nèi)組裝
通常在廠內(nèi)組裝構(gòu)件時都是按正起拱度（負撓度）裝配。三國橋的體系是幾何非線性的，因此，起拱度是一個復雜的空間形式，不能直接由撓度決定。計算起拱度時采用了迭算法，考慮結(jié)構(gòu)的幾何非線性行為（二階理論）。
由于橋體橫斷面的非對稱性，在恒載作用下會有水平位移，因此，橋體按水平和垂直起拱度組裝。此外，安裝過程臨時索的影響應予考慮，所有這些影響導致一個復合的起拱度。在工廠組裝時，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。
對于殘疾人在內(nèi)的人群，法國側(cè)的匝道太陡，因而建了一個電梯。
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滑動面。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
橋體在距架設現(xiàn)場500m的一個預施工場進行預組裝（圖10）。當鋼結(jié)構(gòu)焊接完成后，整個結(jié)構(gòu)用重型運輸工具在駁船上浮運就位。浮運過程，萊茵河封閉通航僅一天。橋體是用纜索卷揚機從預制場進入現(xiàn)場的。
圖10 預組裝
振動測試
橋梁在開放通行之前作了振動測試以驗證動力計算及其動力性能。約有1000人從兩側(cè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)步行通過該橋，作了不同人數(shù)不同速度的測試。
橋的測試結(jié)果和動力分析的差異在第三振型時測到。三國橋的阻尼很低（1%），但在一個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速度過橋時才會激起，這種情況發(fā)生的機率極低。因此兩側(cè)議會決定不設阻尼器。
小結(jié)
以一個單一、非對稱的拱橋跨越萊茵河的初始想法的實施是成功的。橋的形狀簡單，但富有表現(xiàn)力（expressive）和嚴格順應最佳的力流線（圖11）。消除了船撞危險?？缃?jīng)230m的非對稱拱具有期望的獨創(chuàng)性，滿足業(yè)主的要求。僅管很大的技術(shù)挑戰(zhàn)，復雜的細節(jié)都做了仔細的設計。
圖11 三國橋夜景
數(shù)據(jù)匯總（業(yè)主、設計、校核、施工單位等名稱略）
總長： 248m
跨徑： 229.40m
橋面積： 1500㎡（6.048m寬）
總重： 1020t
總造價：（歐元.百萬） 9
投資： 法國50%，德國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期曾在記者訪問兩位國際橋協(xié)副主席項海帆、葛耀君的文章“解碼國際橋協(xié)之評獎標準”一文中提到：“2009年，萊茵河上一座人行橋—三國橋（Tri-countries Bridge）擊敗了眾多強勁的競爭對手，獲得了橋協(xié)的杰出結(jié)構(gòu)獎”，“最吸引評委的是其結(jié)構(gòu)的合理性，……合理到難以進行優(yōu)化的程度，而且造價低廉，……一平方米橋面只有1050歐元，只相當于歐洲同類橋梁造價的三分之一”，接著還較詳細的介紹了其三方面的合理性。筆者在去年拙文“橋梁美觀和結(jié)構(gòu)創(chuàng)新”文中已初步轉(zhuǎn)介了這座“結(jié)構(gòu)、美觀、經(jīng)濟”三贏的杰出橋梁的簡況。當今中國橋梁正流行著一些遠離結(jié)構(gòu)原則、造型奇特怪異、用以吸引人們眼球、賺取納稅人大量錢財?shù)乃^“美觀”“創(chuàng)新”橋梁之際，介紹一些國內(nèi)外杰出優(yōu)美的橋梁建筑和設計，應當是有益的，因此特函請項、葛副主席將該橋有關資料寄賜，經(jīng)譯出以饗讀者，使大家能夠更細致的了解其諸多具體細節(jié)，以供學習和借鑒。
