斜拉桁架橋的結構特點與發展現狀

□秦建榮 □陳致斌 □張 磊

(1新鄉市水利科技推廣中心；2太原科技大學)

1 引言

縱觀歷史的潮流，在人類文明的發展史中，橋梁的建設已經占據十分重要的篇章，追述歷史，大河流域起源的古文明，地方自然地理條件都比較優越，在此基礎上人類也發展科學技術，創造出偉大的古老文明。有了大河流域，就有了古文明，自然而然橋梁在大河流域所創造的古老文明中有著舉足輕重的地位。橋梁是人類文明的產物，而中國古代橋梁的輝煌成就在世界橋梁歷史上也絢麗多姿，趙構橋，盧溝橋，廣濟橋，蓮花橋等等都體現了人類社會的進步與發展。

進入信息化時代以來，橋梁作為土建領域內技術含量最高，技術要求復雜的項目。在這個交通信息時代需要的背景下應該有什么樣的新的發展；在世界經濟與社會大發展所帶來的經濟效益與科學技術的完美結合下，又會有什么提高？所以橋梁的建設發展在逐漸日新月異這又對于一個國家生產、經濟與科學技術的發展程度也通過橋梁得到了側面的反映。縱觀現代橋梁的發展趨勢，不難發現橋梁正在朝著輕型化與大跨度的方向發展。在這樣的發展背景、發展觀念之下，新興橋型——斜拉桁架橋應用而生。斜拉式桁架橋既有斜拉橋的特征又具有桁架的優勢，所以目前來說桁架橋和斜拉橋都是具有跨度大，結構穩定等對于橋梁來說重要的特點。斜拉橋作為我國較為流行的大跨徑橋梁橋型之一。作為一種拉索體系的橋梁，比一直在使用的梁式橋的跨越能力更大，結構更加穩定，但其因為多因為是塔式斜拉，屬于多次超靜定結構，設計和計算十分復雜，所以施工特別復雜困難。而桁架橋因為其桁架由桿件組成，整體主要是受彎矩為主，而桁架桿件只承受軸向力，沒有多余的贅余力，其自重較輕，適合于軟土地基條件，結構設計簡單，受力明確，施工也簡單，造價便宜。所以桁架橋也是一種十分優秀的大跨度橋梁橋型。但是桁架橋結構雖簡單卻較為復雜，計算十分不便，且是施工較為繁瑣。為了克服在構造上的弱點，由以上兩種橋梁的思路為出發點，斜拉式桁架橋應運而生。綜合了兩種橋梁的特點，斜拉式桁架橋具有十分顯著的優勢，而其所展現出來的特點也和力學特征比較吻合，塔式斜拉和桁架的組合得到了充分的應用。這也說明橋梁在隨著人們對知識的探索和發展的過程中得到了大跨越的進步。

2 斜拉桁架橋的受力特點及優點

2.1 斜拉桁架橋的受力分析與結構特點

由桁架橋和塔式斜拉橋這兩種橋梁的思路為出發點，綜合了兩種橋梁的特點，所以斜拉式桁架橋具有十分顯著的優勢。而其所展現出來的特點也和力學特征比較吻合，從而塔式斜拉和桁架的組合得到了充分的應用，所以斜拉桁架橋不同于普通桁架橋的受力特點。但其組成相同，即腹桿、橋塔、下弦桿、上弦桿、橫梁等，其中上弦桿承受拉應力,下弦桿除了承受壓應力,還承受一定的類似于多跨連續梁的彎矩。因為受力條件的不同，斜拉式桁架的腹桿分為拉壓腹桿兩種。

斜拉桁架橋具有斜拉橋與桁架橋基本的“斜拉”與“桁架”特點其受力特征也是在結合這兩種橋型的受力特點基礎之上的經一步優化。首先，“斜拉”的特點主要通過橋梁的斜纜受力來體現，即斜纜在塔頂鉸點處產生一個向下的合力；而在下弦桿處產生一個使下弦桿受壓的水平分力和平衡弦桿自重與活載內力的豎直分力。其次，桁架橋中的上下弦桿分別以承受拉壓應力為主。而在斜拉桁架橋中弦桿、腹板之間的受力，主要以軸力為主，而彎矩影響較小一般可忽略不計。對于斜腹板，指向塔根方向的受壓，指向塔頂方向的受拉，起著加勁作用，對梁體有著進一步的約束限制，使整個梁體的彎矩盡量減少。這樣整個結構由剛度較小的局部桿件也就是桁架來組裝使結構整體受力合理(受力以軸力為主)，這樣所有的桁架成剛度較大的一種結構整體。使桁架整體剛度增大，這也使斜拉桁架橋中“桁架”的特點得到了充分體現。

2.2 斜拉桁架橋相比其它橋型的優點

眾所周知，斜拉橋具有跨度大（跨越能力僅次于懸索橋）、結構剛度大、用料省、造價低廉、外形符合橋梁美學要求美觀大氣等優點；對于桁架橋一般都是鋼結構的桿件，桿件之間為鉸接，受力合理，結構設計簡單，造型輕巧整體性強，剛度大，材料用量低等優點；綜合了斜拉橋與桁架橋的優點并且在技術上有了新的突破，例如在設計施工中用桁桿取代斜拉索．這樣的設計使得預應力索外有混凝土包裹．從而保護了預應力筋．從根本上消除了斜拉橋的斜拉索的防腐問題；采用下承式建造特點，降低橋面結構高度，增大橋梁通航凈空；而且其具有的受力特點對于斜拉索的疲勞問題也得到了改善。

總體來看，斜拉桁架橋自身重量輕巧，結構穩定，承受載荷較大，橋跨輕盈流暢，具有韻律感與視覺沖擊感。因此，相比于其他橋型，斜拉桁架橋這種新型橋梁結構，有著一定的優勢，是值得大力推廣發展的一種橋型。

3 斜拉桁架橋在國內外發展與現狀

3.1 斜拉桁架橋在國外的發展與現狀

斜拉式桁架橋是一種新興的橋型，在橋梁朝著輕型化大跨度的方向發展，所以它的歷史不長，而具資料可查，在國外還沒有斜拉式桁架橋的建造與設計。國外同類橋型——斜拉板橋最早在20世紀70年代出現，這種橋型的獨特之處是用混凝土把斜拉索包裹起來，從而形成一個由混凝土鑄成的斜板，由于外圍有混凝土的包裹，所以這樣包裹的斜拉索就不會因為腐蝕問題而造成橋梁的損耗，也不會因為由拉索垂馳度引起的非彈性變形，同樣也在一定范圍內增強了其抗風振隔振的能力。這樣的設計，拉鎖本身的拉力也沒有斜拉式橋梁的拉力大，不但克服了拉索本身的振動問題而且補充修復了橋梁的風振隔振的問題。所以在國外，大多數是屬于斜拉板橋的設計，其設計和斜拉式桁架的設計理念基本相似，但其只能算是斜拉式桁架橋的雛形與基礎。在20世紀70年代，德國，瑞士，日本都開始了斜拉板橋的設計與構思。例如瑞士瓦萊州的Ganter橋在當時的設計跨越Ganfer峽谷，在日本神戶北線上的奧山橋以及名取川的鐵路橋都是這類用混凝土包裹的的斜拉板橋。這類橋梁在當時的國外是一種新型的橋梁，斜拉板橋得到了廣泛的應用。但其也只是因為設計理念和斜拉式桁架橋比較相似，而斜拉式桁架在國外仍沒有建造和使用的記載。

3.2 我國國內斜拉式桁架橋的發展與現狀

在國內我國建成的首座斜拉式桁架橋是山東濟南洛口黃河大橋，其全長2023m，主孔跨徑220m。這座斜拉式桁架橋在1986年由浙江長興縣和同濟大學、浙江省交通廳設計院等單位聯合組成的設計小組設計建成的港口大橋，它是我國近期最早建造的下承式預應力混凝土斜拉式桁架橋，港口大橋全長137.78m，是單懸臂加掛梁的斜拉桁架體系橋梁，邊跨計算跨徑為28m，鉆孔樁明挖基礎，下部結構雙柱式墩，這也就拉開了我國斜拉式桁架橋的發展序幕。隨之我國主持修建了多個斜拉桁架橋如湖北省的鹽水河大橋，河南省周口市的沈丘大橋，江蘇省無錫市的新安南橋、向化一號橋、煤石橋等都是國內已建造的斜拉式桁架橋。隨著我國國力的建設與發展，斜拉式桁架橋也得到了一定的發展，該類橋梁自建成營運以來，憑借其優良的結構特點與受力特點，充分發揮其優良性能，并且平穩運行，維修次數少。

4 結語

預應力混凝土斜拉式桁架橋是一種新興的橋型，是近幾年來預應力混凝土橋梁向著大跨度，結構穩定的方向發展的重要體現。他充分利用材料，自身輕，結構承載力穩定，跨越能力強，并且外表美觀，經濟適用。而伴隨著十八屆五中全會吹響了奪取全面建成小康社會偉大勝利的沖鋒號角，當今的橋梁建設也是一路高歌，突飛猛進。尤其是新興橋梁的建設，更是與時代相結合，大跨度的輕便型橋梁更是符合我國當下追求創新的一個結合點，創新在發展新理念中居于首位。而我國的斜拉式桁架橋的設計理念與建設更是走在了世界的前列，這從側面也充分反映了一個國家的生產，經濟，科學技術得到了重大的發展。所以新的時期，我們要將創新與發展進行到底，在當今的大環境下，斜拉式桁架橋將會得到更為廣泛的應用與發展。

[1]《斜拉桁架橋安裝過程中桿件應力和結構穩定分析》[D]長安大學2006任翔.

[2]《斜拉桁架橋關鍵技術研究》[D]華中科技大學2009黎述亮.

[3]《組合結構橋梁》[M]人民交通出版社2005劉玉擎.

[4]《預應力混凝土斜拉桁架橋結構分析與設計研究》[D]華中科技大學2006邱峰.

[5]《PC斜拉下承式桁架橋的力學特性及荷載試驗研究》[D]長安大學2007唐翔.