淺談斜拉橋的基本概況及發(fā)展前景

劉紹威

身份證號(hào)：410526197507195871

淺談斜拉橋的基本概況及發(fā)展前景

劉紹威

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斜拉橋在目前所有橋型中具有鮮明的特征和優(yōu)勢(shì)。在此介紹了有關(guān)斜拉橋的發(fā)展歷程、建造技術(shù)要點(diǎn)、斜拉橋在世界橋梁發(fā)展史上的地位和發(fā)展前景。

跨徑；結(jié)構(gòu)體系；構(gòu)造；建筑美學(xué)

1　我國(guó)斜拉橋的發(fā)展現(xiàn)狀

目前，橋梁界一致公認(rèn)，惟有采用斜拉橋和懸索橋，才能解決跨徑超過(guò)200m以上的技術(shù)難題。而在200～1000m的大跨度橋梁建設(shè)中，斜拉橋占據(jù)主流。斜拉橋一般由索塔、主梁、斜拉索組成。選擇不同的結(jié)構(gòu)外形和材料，可以組合成多姿多彩的橋型。目前，在我國(guó)已經(jīng)建成的斜拉橋中，索塔形式大體有A形、倒Y形、H形、獨(dú)柱形等，材料選擇有鋼結(jié)構(gòu)和混凝土兩種。斜拉索有單索面、平行雙索面、斜索面等［1］。

目前我國(guó)已建成的100多座斜拉橋中，主跨大于400m的就有20座，它們大部分是近10年建造的。我國(guó)在斜拉橋的建造中注重吸收發(fā)達(dá)國(guó)家的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，并開創(chuàng)性地形成了本民族的風(fēng)格，在諸多技術(shù)指標(biāo)上獲得了一系列重大突破。我國(guó)斜拉橋正在向新型結(jié)構(gòu)、大跨度、輕質(zhì)、靈敏和美觀方向發(fā)展。

2　斜拉橋的結(jié)構(gòu)體系

2.1孔跨布局

2.1.1雙塔三跨式

雙塔三跨式斜拉橋是一種最常見的孔跨布置方式，由于它的主跨跨徑較大，一般適用于跨越較大的海峽、河流或山谷。在雙塔三跨橋中，邊跨與主跨的比例非常重要。邊跨與主跨之比和斜拉橋的整體剛度、端錨索的應(yīng)力變幅有著很大的關(guān)系?；钶d往往在邊跨兩端附近區(qū)域產(chǎn)生很大的正彎矩，導(dǎo)致梁體轉(zhuǎn)動(dòng)，伸縮縫易受損，可以通過(guò)加長(zhǎng)邊梁以形成引跨或設(shè)置輔助墩的方法予以解決。

2.1.2獨(dú)塔雙跨式

獨(dú)塔雙跨式也是斜拉橋一種常見的孔跨布置方式，由于它的主孔跨徑一般比雙塔三跨式的主孔跨徑小，適用于中小河流和城市通道。

2.1.3三塔四跨式和多塔多跨式

很少有采用三塔四跨式和多塔多跨式的斜拉橋。多塔多跨式中的中間塔頂沒(méi)有端錨索來(lái)有效地限制它的定位，整體剛度不能滿足要求。目前國(guó)內(nèi)和國(guó)外已經(jīng)建成的幾座多塔多跨式的斜拉橋的構(gòu)造措施主要有以下幾種：

主塔采用A形塔和X形框架墩；將兩個(gè)雙塔斜拉橋串聯(lián)；用鉸將三座獨(dú)塔斜拉橋串聯(lián)；中塔增設(shè)錨固斜纜。

2.2結(jié)構(gòu)體系

斜拉橋的結(jié)構(gòu)體系，有以下幾種不同的劃分方式：按照塔、梁、墩相互結(jié)合方式，可劃分為漂浮體系、半漂浮體系、塔梁固結(jié)體系和鋼構(gòu)體系；按照主梁的連續(xù)方式，有連續(xù)體系和T構(gòu)體系等；按照斜拉索的錨固方式，有自錨體系、部分地錨體系和地錨體系；按照塔的高度不同，有常規(guī)斜拉橋體系和矮塔部分斜拉橋體系。

2.3索塔布置

索塔是表達(dá)斜拉橋個(gè)性和視覺(jué)效果的主要結(jié)構(gòu)建筑物，因而對(duì)索塔的美學(xué)設(shè)計(jì)應(yīng)該給予足夠的重視。索塔設(shè)計(jì)必須適合于拉索的布置，傳力應(yīng)簡(jiǎn)單明確。在恒載的作用下，索塔應(yīng)盡可能處于軸心受壓的狀態(tài)。

索塔沿橋縱向的布置有單柱式、A字形、倒Y形等幾種。單柱式主塔構(gòu)造簡(jiǎn)單；A字形和倒Y形在順橋向剛度大，有利于承受索塔兩側(cè)斜拉索的不平衡拉力；A字形還可以減少主梁在索塔處的負(fù)彎矩。索塔橫向的布置方式，可以分為獨(dú)柱形、雙柱型、門形、H形、A形、寶石形或倒Y形等。索塔縱橫向布置均呈獨(dú)柱形的索塔，僅適用于單索面斜拉橋［2］。

2.4拉索布置

2.4.1索面位置

索面位置一般有三種類型，即單索面、豎向雙索面和斜向雙索面。

從力學(xué)的角度上來(lái)看，采用單索面時(shí)，拉索對(duì)主梁抗扭不起作用，所以主梁應(yīng)該采用抗扭強(qiáng)度較大的截面。單索面的優(yōu)點(diǎn)是視野開闊。采用雙索面時(shí)，作用于橋梁的扭矩可由拉索的軸力來(lái)抵抗，主梁可以采用較小抗扭強(qiáng)度的截面。斜向雙索面對(duì)橋面梁體抵抗風(fēng)力扭振特別有利。

2.4.2索面形狀

索面的形狀主要有以下幾種：

1）輻射形布置的斜拉索沿著主梁為均勻分布，而在索塔上則集中在塔頂?shù)囊稽c(diǎn)，斜拉索的垂直分力對(duì)主梁的支承效果較大，節(jié)約拉索材料，但是塔頂?shù)腻^固點(diǎn)構(gòu)造過(guò)于復(fù)雜。2）豎琴形布置中的斜拉索呈平行排列，在索數(shù)較少的時(shí)候顯得比較簡(jiǎn)潔，并可以簡(jiǎn)化斜拉索與索塔的連接構(gòu)造，對(duì)索塔的受力有利，但是斜拉索的傾角較小，索的總拉力大，鋼索用量較多。3）扇形布置的斜拉索是不相互平行的，它兼有上面兩種布置方式的優(yōu)點(diǎn)，在設(shè)計(jì)中得到廣泛應(yīng)用。

2.4.3索距的布置

索距的布置可以分為稀索和密索。現(xiàn)代的斜拉橋一般都采用密索，優(yōu)點(diǎn)如下：索距小，主梁彎矩小；索力較小，錨固點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；錨固點(diǎn)附近的應(yīng)力流變化小，補(bǔ)強(qiáng)范圍?。焕谏毂奂茉O(shè)；易于換索；斷面輕柔，美感度提高。

3　斜拉橋的發(fā)展前景

3.1斜拉橋的建設(shè)發(fā)展展望

從世界橋梁大事表中可以看到：1952～1958年第一次出現(xiàn)斜拉橋的記錄，而在2000年的前50年時(shí)間里，在總共的25條紀(jì)錄當(dāng)中，斜拉橋部分就占據(jù)了9條，為記錄最多的橋型。可以說(shuō)，20實(shí)際下半葉以來(lái)，世界橋梁工程發(fā)展的最大成就就是斜拉橋的興起和輝煌。由于斜拉橋良好的力學(xué)性能、建設(shè)相對(duì)經(jīng)濟(jì)、景觀優(yōu)美，已成為大跨徑橋梁建設(shè)中最有競(jìng)爭(zhēng)力的橋型。在21世紀(jì)里，斜拉橋?qū)缪莞鼮橹匾慕巧?/p>

根據(jù)我國(guó)交通發(fā)展的總體規(guī)劃，本世紀(jì)前期我國(guó)公路建設(shè)將形成一高速公路為主的國(guó)道主干線，這將貫穿多條江河川、跨越多重湖海灣。綜合國(guó)力的增強(qiáng)給我國(guó)斜拉橋的建設(shè)提供了前所未有的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。

3.2建筑美學(xué)、環(huán)境因素將成為斜拉橋建設(shè)的重要評(píng)價(jià)指標(biāo)

橋梁建造技術(shù)的不斷進(jìn)步使人們有可能從技術(shù)上滿足建筑文化的美學(xué)功能要求。很多大城市的橋梁建筑可以在相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)成為該城市的標(biāo)志性建筑。美學(xué)因素有的時(shí)候還可以對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)選型產(chǎn)生決定性的影響。日本的多多羅橋原先設(shè)計(jì)為懸索橋，后因重力錨嚴(yán)重影響美觀，以及出現(xiàn)急彎，所以后來(lái)改為了斜拉橋，成就了這座橋在當(dāng)時(shí)成為世界第一斜拉橋的地位。

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)文化發(fā)展水平的不斷提高，人們會(huì)更加重視橋梁建筑的藝術(shù)造型，重視橋梁的景觀設(shè)計(jì)，橋梁建筑的美學(xué)因素將對(duì)斜拉橋的建設(shè)產(chǎn)生越來(lái)越重要的影響。在以后相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間里，環(huán)境保護(hù)、可持續(xù)發(fā)展也將成為斜拉橋建設(shè)的重要評(píng)價(jià)指標(biāo)。

［1］葉志明.土木工程概論［M］.高等教育出版社，2001.

［2］嚴(yán)國(guó)敏.現(xiàn)代斜拉橋［M］.西南交通大學(xué)出版社，1996.