斜拉橋發展現狀及設計中應注意的問題

聶開羽

（四川西南交大土木工程設計有限公司廣州分公司，廣東 廣州 510095）

1 概況

斜拉橋作為一種拉索結構，比梁式橋有更大的跨越能力，而且由于拉索的自錨特性，不需要如同懸索橋那樣的巨大錨碗，在河口海岸的軟土地上需要建造大跨度橋梁時，具有競爭力和可行性。從1975年到現在，我國已建成30多座大跨度斜拉橋。

表1 我國跨徑≥400m的斜拉橋（僅示意部分）

2 斜拉橋發展現狀

斜拉橋是一種由梁、塔、斜拉索組成的組合體系橋梁。其基本受力特點為：斜拉索為受拉構件，將主梁及活載等傳給橋塔，橋塔基本以受壓為主，而主梁像一條多點彈性支承的連續梁，同時由于斜拉索水平分力的作用，主梁截面的基本受力特征為偏心受壓構件。

2.1 總體布置形式及各自特點

常見立面布置形式為：

（1）單塔單跨斜拉橋：主塔放在有利一側，主跨跨越河流、道路等障礙物，邊跨不跨越其他障礙物，直接采用地錨，跨度較小。

（2）單塔雙跨斜拉橋：主跨和邊跨都可以跨越河流或者障礙物，其中有的邊跨采用地錨。

（3）雙塔三跨斜拉橋：當跨度不大的時候，遇到非對稱地形，或者一側有障礙物，應首先考慮單塔斜拉橋，如跨度過大時再考慮采用雙塔三跨斜拉橋，這種形式也是國內斜拉橋主要采用的形式。

（4）三塔和多塔斜拉橋：由于沒有錨墩處背索的約束作用，剛度偏小，內力增大，在跨度較大時必須采取措施提高剛度，如增加橋塔剛度、增加輔助索、增大主梁自重、設置輔助墩等。

（5）矮塔斜拉橋：與普通斜拉橋相比，這種橋型梁高較高，其受力體系為連續剛構和斜拉橋的組合，其主要優點為橋塔較低，抗疲勞性能好，特別適用于活載較大的鐵路橋梁。

（6）其他斜拉橋：斜拉橋和懸索橋、拱橋、連續剛構等均可組成組合體系，國外應用較多。

2.2 斜拉橋的結構體系形式

主要體系有四種體系：漂浮體系、半漂浮體系、塔梁固結體系、剛架體系，

漂浮體系，特點是塔和墩固結，塔和梁分離，主梁可以視為由纜索吊起，在縱向可稍作浮動的一種具有多點彈性支承的連續梁結構。

半漂浮體系，特點是塔墩固結，塔墩上設置支座支承主梁，主梁可視為有多點彈性支承的三跨連續梁，與漂浮體系相比，其內力在支點處斷面急劇變化，負彎矩較大，構造方面需要注意。

塔梁固結體系，特點是將塔與梁完全固結并通過支座支承在墩上，可視為一根連續梁，只不過在兩頂采用斜拉索加強。

剛架體系，其特點是塔、梁、墩全部固結起來，可視為具有多點彈性支承的連續剛構，缺點是其剛接點及墩底均會出現很大的溫度附加彎矩，對應位置截面必須加大。

2.3 斜拉索

2.3.1 稀索和密索

早期斜拉橋主要采用稀索體系，因受力要求梁高較大，現在大多新建的斜拉橋采用密索，可以減少梁高，使得橋梁造型更加輕巧。

2.3.2 索距

斜拉索的索距和主梁的重量有直接關系，其中混凝土主梁的索距一般為6～8m，鋼主梁的索距一般為12～24m。

2.3.3 索形

索形主要有以下三種：

（1）輻射形（也稱放射形）：此種索形的斜拉索用量最少，缺點是塔頂索的錨固過于集中，需要認真考慮錨固構造的合理性。

（2）豎琴形（也稱平行形）：此種索形的斜拉索用量最多，優點是造型美觀，特別適用于單索面。

（3）扇形（也稱平行形）：介于以上兩種索形之間。

2.3.4 索面

索面有以下四種：

（1）單索面：視覺效果好。

（2）雙索面：抗扭剛度由梁和索同時提供。

（3）三索面：適用于橋寬特別大的情況。

（4）四索面：一般用于分幅布置的橋梁。

2.4 主梁材料及截面形式

主梁可采用的材料主要有：（1）鋼主梁（2）混凝土主梁（3）疊合梁（4）鋼主梁和混凝土主梁縱向組合（5）疊合梁和混凝土主梁縱向組合。在選用材料的時候需要綜合造價、運輸條件、主跨跨度、后期養護、工期要求多個方面來合理選定主梁材料。我國較多應用的是鋼主梁和混凝土主梁。

鋼主梁主要有以下形式：鋼桁梁、鋼板梁、邊箱中板式、倒梯形鋼箱梁、流線型扁平鋼箱梁等。

混凝土主梁主要有以下形式：實體雙主梁截面、板式樣邊主梁截面、分離雙箱截面、整體箱形截面、板式箱形截面等。

2.5 橋塔布置形式

橋塔的選定主要從橋梁縱向剛度，確定的施工工藝，以及對景觀的要求三個方面考慮。主要分為以下幾類：

（1）單柱形：剛度較小、施工簡單，應用最多。

（2）V形和Y形：橋塔高度較小，適用于上空受限的情況。

（3）A形、倒Y形和空間框架形式：多用于多塔斜拉橋的剛性塔。

截面主要采用矩形、六角形截面，其角部可以設計成圓角、倒角或切角的形式。

2.6 設計中應注意的問題

斜拉索作為斜拉橋的主要受力構件，若其突然斷裂，很可能導致整個結構瞬間遭到毀滅性破壞，因此斜拉索的防護就成為重中之重。

在設計時就應考慮到在正常交通通行的情況能安全快速的更換斜拉索，同時應特別重視斜拉索的防腐，采用各種涂層、添加劑、套管壓漿等方法增加斜拉索的耐腐蝕性。

同時應考慮斜拉索的疲勞壽命，根據大量試驗結果，斜拉橋使用的鋼絞線不僅僅應該有長的平均壽命，并且應該有低的疲勞壽命的變異性。

3 結語

斜拉橋結構輕巧，跨越能力大，美觀大氣，雖然我國已經建成了大量斜拉橋，但在一些關鍵技術難題上仍然需要進一步進行全面、細致的研究，比如研究超大跨斜拉橋的結構體系及其力學性能、將輕質、高強、耐腐蝕性高性能材料應用于斜拉橋、提高斜拉橋抗災性能，加強斜拉橋施工過程中的措施研究等。