浅谈斜拉桥结构体系与创新

浅谈斜拉桥结构体系与创新

李雷刘海涛张绍涛

（重庆交通大学土木工程学院，重庆402247）

摘要：本文主要介绍了斜拉桥的结构体系及其特点，并例举了我国一些斜拉桥梁的创新之处，并展望未来斜拉桥的发展趋势。

关键词：斜拉桥；结构体系；创新

斜拉桥的构思源于19世纪，当时有关桥梁的理论、材料、工艺等技术水平相对贫乏，修建的斜拉桥往往因材料缺乏足够的强度以及对复杂的超静定结构缺乏有效的计算，斜拉桥完工后不久便出现严重的变形与破坏，这使得斜拉桥的发展与实际应用停滞不前。直到20世纪下半叶，高强钢丝、正交异性钢桥面板、计算机等新材料新技术的出现，使斜拉桥的复兴得以实现。

1.斜拉桥的定义及优缺点

斜拉桥也被称之为斜张桥，意思就是这种桥的主梁是由许多拉索直接拉在桥塔上，它是由承压的塔、受拉的索和承弯的梁组合起来的一种结构体系，也可看作是支墩的多跨弹性支承连续梁被拉索代替了。最终的目的就是使梁体内弯矩减小，降低建筑高度，减轻了结构重量，节省材料。斜拉桥有不少的优点，但是也有不足之处。首先看看其优点：跨越能力强、建筑高度低、受力合理、设计构思多样性、施工方法安全、刚度大、桥型美观。斜拉桥的不足之处：设计计算困难、施工技术要求高、链接构造复杂。

2.斜拉桥内部传力形式结构体系及其特点

斜拉桥有三个主要组成部分，其就是塔、梁、索。斜拉桥可以分为四种结构体系，支承体系、塔梁固结体系、半飘浮体系以及刚构体系，每一种结构都有着各自的特点。

（1）支承体系。

支承结构体系是一种接近主梁具有弹性支承的连续性梁结构。支承体系结构在施工时比较方便，因为支承体系结构不需要额外的设置临时支点其实支承体系结构在部分斜拉式桥梁种还是较少采用。中国著名的芜湖长江大桥就是采用的支承体系结构。芜湖长江大桥是国家“九五”重点交通项目，为公铁两用桥梁，该桥采用大跨度连续钢桁梁斜拉桥式，它的这种结构中国公铁两用斜拉桥之先河，全长10616米，跨江的长度达到6078米，是国内公铁两用桥之最，建桥中采用低塔斜拉公铁桥，并且还是世界上首创。

（2）塔梁固结体系

塔梁固结体系的塔和墩的内力是最小的，其内力受温度的影响也是非常之小，并且主梁边跨负弯矩较大。现在许多已经建成的部分斜拉桥都是采用的这种结构，它与连梁体系相同，很适合大部分斜拉桥的理念。国内外许多的桥梁都采用的这种结构。比如国内的漳州战备桥、离石高架桥，国外的新唐柜大桥。漳州战备大桥才用的是塔梁固结，桥梁与墩分离，墩顶设支座的结构，这样就可以让矮塔斜拉桥更接近于桥梁式，使其受力更加的明确，结构更加的简单。其桥梁体伸出牛腿支承引桥，使桥梁更加的美观。漳州战备桥主梁的刚度相对较大，它的受力特点是介于斜拉桥与连续梁之间的，斜拉索类似连续梁的体外索，主塔实质上就是体外的转向点，所以在技术上有一下的特点：桥塔矮、梁低、边孔与主孔比值大、斜拉索集中在塔的中部，从而让斜拉索垂直分离最大、斜拉索用镀锌钢绞线，应力幅度小，允许应力较大。

（3）半飘浮体系

半漂浮体系结构的受力比较均匀、刚度强、抗震能力强、主梁能采用等截面从而使施工简单。半漂浮体系就是在塔墩处设支座。支座可以使固定支座也可以是活动支座。在施工当中一般采用的是活动支座，这样就可以避免由于不对称约束，温度变化带来的问题。芜湖长江二桥主桥采用的是国际先进的五跨持续半飘浮体系钢箱梁斜拉桥。桥全长6000米，双向六车道。双桥墩中空跨度600米，采用倒Y型宝瓶型分散式双塔，斜拉链接纳双索面扇形斜拉链体系。该大桥底部单桩竖向承载力大，抵抗水平荷载能力较强，沉降量低于同类型平均标准，在施工过程中，施工工艺较容易控制，在同类型施工过程中，大幅减少工期，并且降低造价成本。

（4）刚构体系

该体系的特点是质量轻，强度高，并且具备其抗压以及抗拉等相关优点，对于混凝土结构而言，其外观更为直观，强度等级更高。此外，结构能够免除大型支座的设置，还能满足悬臂施工的稳定要求，其整体结构的刚度大，主梁的挠度小，主梁固结处的弯矩大，在大跨度桥梁渡河工程中，由于其结构自重较轻，稳定性较强，所以刚构体系为首选。我国的同安银湖大桥就是采用的刚构体系结构，大桥全长327.2米，桥式为132米简支梁＋280米部分斜拉桥＋430米连续箱梁。主梁单塔单索面单排索预应力混凝土部分斜拉桥，主墩为塔墩固结，主塔高31.5米，桥宽27米，该桥采用钢结构体系有效减轻自身体积和重量，抗风性能较强，设计使用年限较长。

3.斜拉桥的创新

苏通长江大桥是一座世界第二大跨度的斜拉桥，全长32.4公里，跨江的部分大约有8.2公里。该桥由南北两岸接线工程和跨江大桥三部分组成。其主桥有2088米，采用的是就是双塔双索面刚箱梁斜拉结构，它的斜拉主孔跨度有1088米，主塔高度306米，都是位列世界第二，而这座桥最大的亮点就是它的斜拉索长度，它的斜拉长度是位列世界第一，长度达到了577米，比日本多多罗大桥的斜拉索还长100米。苏通长江大桥是一座规模巨大，综合建设性很复杂的特大型斜拉桥，它的建成对完善国家公路网有着重大的意义，促进了区域平衡发展和沿江的开发，改善了长江航运的条件，缓解了过江的交通压力。

沪通长江大桥是一座世界上最大跨径的公铁两用斜拉桥梁，同时也是世界上第一座超过千米跨度的公铁两用桥梁，它连接着南通市和张家港市，它是沪通铁路全线的控制工程，该桥全长11072米，大桥采用的是钢桁梁斜拉结构，其跨度达到了1092米。沪通长江大桥是由中铁大桥勘测设计院设计，由中交二航局承建。该桥建成后的投入使用有着重要的意义：该桥成为了沿海的重要铁、公路通江大道，能够让沿海铁路的全线贯通愿望更快实现，完善交通运输的结构，大大提高了通江道的运输能力，并且促进了区域经济的发展。

总结：

自新中国成立以来，我国国内对于交通基础建设力度不断加大，其中在桥梁建设方面取得的成就令人瞩目，由于我国地形情况复杂，尤其在西南地区，多山多河的地形占据了所有地形的很大比例，所以在很多工程建设中采用大跨度桥梁作为控制性工程，而大跨度桥梁多采用斜拉桥形式，斜拉桥从十七世纪从欧洲起源以来，经历了近400年的发展历程，直到现在德国工程师对于斜拉桥的设计理念还影响着各国桥梁设计师们，中国从1975年在四川建设了第一座真正意义上的斜拉桥，从此在国内拉开了建设斜拉桥的序幕，截止目前为止，中国建成的斜拉桥数量已经超过100座，由此看见，中国建造斜拉桥的技术还是非常成熟。中国的斜拉桥不仅仅数量很多，而且斜拉桥的结构和材料也是多样化的，在斜拉桥的建设上，我们创造了自己独特的风格，索塔我们主要采用混凝土，刚塔用的相对较少，索塔的型式也很丰富，有A形、H形、倒Y形，塔数也有讲究，可分为独塔、双塔、三塔等。目前我国斜拉桥建设技术还在不断的创新当中，斜拉桥建设将会有更大的跨越。

随着我国建桥技术的不断发展，国家经济实力的增强，建设设备的不断完善，我们不能仅仅满足能够造出大桥的现状，我们应该不断前进，国家应该继续培养桥梁专业的技术人才，不断研制更近先进的建桥设备，为桥梁建设事业提供丰富的资源。

参考文献

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