张弦梁构造奥妙的受力办法充分发挥了材料特性，节省了却构用材和构件尺寸，同时，其轻盈的形态、多样的形式受到了越来越多工程师的喜好。张弦梁构造由上弦刚性构件（梁、桁架、拱等），下弦柔性拉索，以及两者之间的撑杆组成（如下图），由日今年夜学斋藤公男教授于1979年提出。它充分利用了预张力抵抗外部荷载，是一种“刚柔并济”的新型大跨构造。
张弦梁组成构件
01张弦梁受力科普
张弦梁的受力机理是对下弦拉索施加预应力，通过拉索的张拉力使撑杆产生向上分力，导致上弦构件产生与外荷载浸染下相反的内力和变形，从而改进上弦的受力性能，提升构造刚度。
如下图所示，a是上弦梁受均布荷载时的弯矩图，b是上弦梁受到撑杆向上力后的弯矩图，c是两者叠加产生的终极效果，可见张弦梁的受力明显优于简支梁并且可以通过调度撑杆的数量和位置不断改进上弦梁的内力大小及分布。
张弦梁内力剖析
当上弦构件为拱时，传统的拱会对两侧构件产生水平推力，且拱高越低，水平推力越大，从而对支座产生很大的压力。而在张弦梁构造中，下弦会承受拱产生的水平推力减轻支座包袱，同时可以降落拱高，节省空间和建筑材料。
对付桥梁构造，活载为竖向浸染。那么在竖向荷载浸染下张弦梁受力是若何的呢，如下图所示，外荷载浸染下，张弦梁（桁架）上弦受压力、剪力和弯矩，下弦拉索受轴拉，竖向撑杆受轴压。假定外荷载方向均竖直，撑杆均竖直，支座反力方向也竖直。
张弦桁架组成及受力
张弦桁架受力剖析
举例：一拍浮馆屋盖跨度40m，拟采取单向张弦梁构造，张弦梁受线荷载标准值20kN/m，按照弯矩图法确定合理的张弦梁腹高及初应变。
（1）跨中弯矩标准值：
（2）按照跨高比为10确定张弦梁高度
；因外荷载产生的弯矩图为抛物线形，因此合理的腹高函数
为跨度为40m，矢高为4m的抛物线。
（3）拉索水平分力或上弦杆压力水平分力：
（4）估算拉索的破断力不小于
，取
级别
高钒索，破断力为4310kN；同理取上弦杆截面为箱形截面500X250X16，材质为Q355。撑杆按长细比掌握，取圆管
。
下弦拉索轴力 (空想结果为水平分力1000kN)
03案例先容
该桥采取张弦（索）桁架构造，桥面铺装采取钢格栅。全桥平面为直线线形，主跨桥梁总长90m，两端引桥分别长16米和50米，桥面全宽4.4m，净宽3.8m。主桥由钢桁架作为上弦，下部设置双柔性缆索，中间连以外倾撑杆形成整体受力自平衡体系，体系大略清晰，构造不雅观感简练有张力。两根主缆直径106mm，缆索垂高5.7m，垂跨比1/16，撑杆间距6m。
厦门山海栈道不雅观湖台（跨仙岳路）全桥长100.3m，主跨83.3m自锚式悬索与张弦梁组合体系，桥塔高25m，桥宽4.4米（净宽3.8米）。桥梁与桥塔建筑相领悟，桥型采取张弦梁与悬索桥的组合体系，可不雅观湖赏景。
1859年的皇家艾伯特桥，它采取了铁质鱼腹式桁架形式，每个桁架跨度达138.7米。鱼腹式桁架可以看作是拱(厚重的圆管)与缆索(铁质链片)的组合，相互抵消了水平力，形成自平衡式构造。如果将鱼腹式桁架的斜腹杆去掉，它与现在常见的张弦梁形式非常相似。
1972年的非同平凡的倒悬索桥—哥斯达黎加的里约科罗拉多大桥，桥梁主跨径108m。整桥的竖向荷载由预应力悬索承担，桥面梁板构造既用于通车，又作为受压构件平衡悬索的水平力，也充分发挥了混凝土的抗压能力，一石二鸟。
04项目分享
张弦梁总体支配见图1。上弦采取跨度54.71m的单箱三室钢箱梁，梁高0.8m，宽3m；拉索采取直径96mm密闭高钒索，两端锚固在主梁上，线形为悬链线，跨度50.5m，最大垂度为4.2m，垂跨比1/12；撑杆采取P168×8mm、P152×6mm钢管，全桥共设9道V形撑杆，顺桥向间距5.471m，从跨中向联端，V形撑杆夹角由21度渐变到63度。
图1 张弦梁总体支配图（单位：mm）
1. 构造验算
采取Midas Civil 2020软件进行构造剖析，钢箱梁、撑杆采取梁单元仿照，拉索采取桁架单元仿照，打算模型见图2。
图2 打算模型
2 强度验算
钢箱梁、撑杆正应力最大值为182.6MPa＜270MPa，强度知足哀求。
拉索正应力最大值为448.4MPa，综合系数γs=1570/448.4=3.5＞3.0，安全系数知足哀求。
图3 钢箱梁、撑杆最大正应力（单位：MPa）
图4 拉索最大正应力（单位：MPa）
3 刚度验算
人群浸染下，主梁挠度为88mm＜54710/600=91mm，刚度知足哀求。
图5 人群浸染下挠度（单位：mm）
4 稳定验算
第1阶屈曲模态临界荷载系数为15.38＞4，稳定知足哀求。
图6 第1阶屈曲模态
5 舒适度验算
人行桥竖向固有频率大于3Hz，横向固有频率大于1.2Hz，可不进行人致振动舒适度验算；人行桥竖向固有频率小于3Hz，横向固有频率小于1.2Hz，应进行人致振动舒适度验算。对付竖向舒适度，应分别验算频率处于1.25~3Hz的竖向模态；对付横向舒适度，应分别验算频率处于0.5~1.2Hz的横向模态。
构造前4阶模态振型见图7~图10。模态1振型为梁竖向振动，频率为1.732Hz，位于敏感频率范围内，应进行人致振动舒适度验算；模态2振型为梁横向振动，频率为1.913Hz，不在敏感频率范围内，可不进行人致振动舒适度验算；模态3振型为梁竖向振动，频率为2.923Hz，位于敏感频率范围内，应进行人致振动舒适度验算；模态4振型为梁竖向振动，频率为6.534Hz，不在敏感频率范围内，可不进行人致振动舒适度验算。模态5及更高阶模态的频率均大于3Hz，可不进行人致振动舒适度验算。
图7 模态1振型：梁竖向振动，频率1.732Hz
图8 模态2振型：梁横向振动，频率1.913Hz
图9 模态3振型：梁竖向振动，频率2.923Hz
图10 模态4振型：梁竖向振动，频率6.534Hz
6 人致振动剖析
按表1进行人致振动剖析。
表1 动力设计工况及相应的舒适级别
模态1、模态3各设计工况下的行人简谐波荷载见表2。
表2 行人简谐波荷载（单位：N/m2）
模态1、模态3各设计工况下的最大加速度和舒适级别见表3。
表3 最大加速度和舒适级别
7 TMD减振设计
模态1、模态3的TMD参数见表4。
表4 减振模态TMD参数表
对付模态1，在跨中设4个TMD减振；对付模态3，在四分之一跨处各设1个TMD减振。加装TMD后，模态1、模态3各设计工况下的最大加速度和舒适级别见表5，舒适级别知足哀求。
表5 加装TMD后最大加速度和舒适级别
本项目人行桥采取张弦梁构造体系，具有以下优点：
1）可显著节省钢材。本桥用钢量指标为112kg/m2，远低于常规的钢箱梁用钢量指标（400~550kg/m2）；
2）与同跨径的其它构造形式比较，自重小，可减小下部构造的规模；
3）张弦梁的构件内力可以自平衡，除竖向反力外，不会对支承构造造成水平推力，减轻了支承构造的包袱；
4）上弦钢箱梁与拉索之间只有竖向腹杆，不存在斜腹杆，传力路径明确，传力效率高。
