几种常见形式斜拉桥的特点浅析及设计计算

几种常见形式斜拉桥的特点浅析及设计计算

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摘要：斜拉桥的主要形式有以下几种： 1）双塔三跨式；2）独塔双跨式；3）斜塔但跨式；4）三塔四跨式；5）多塔多跨式等。这些斜拉桥形式有各自的适用范围，应按工程具体情况选用适当的形式运用。

关键词：斜拉桥；跨径；适用条件；跨径设计；分孔尺寸

1 引言

斜拉桥是一种用斜拉索悬吊桥面的桥梁。最早的这种桥梁，其承重索是用藤罗或竹材编制而成。它们可以说是现代斜拉桥的雏形。斜拉桥的发展，有着一段十分曲折而漫长的历程。18世纪下半叶，在西方的法国、德国、英国等国家都曾修建过一些用铁链或钢拉杆建成的斜拉桥。可是由于当时对桥梁结构的力学理论缺乏认识，拉索材料的强度不足，致使塌桥事故时有发生。如德国萨尔河桥（1824）在建成第二年，就在一次有246人举行的火炬游行人群聚集桥上时，桥突然坍塌而酿成50 人丧生的严重惨剧。因此在相当长的一段时间内，斜拉桥这一桥型就销声匿迹了。

直至第二次世界大战后，在重建欧洲的年月中，为了寻求既经济又建造便捷的桥型，使几乎被遗忘的斜拉桥重新被重视起来。世界上第一座现代公路斜拉桥是1955年在瑞典建成的，主跨为182.6m的斯特罗姆海峡钢斜拉桥。近年来斜拉桥在国内外得到了迅速发展，目前已建成跨度最大的是中国苏通长江公路大桥（1088m）。[1]

2 各形式斜拉桥的特点分析

斜拉桥的孔径布置主要可以分为双塔三跨式、独塔双跨式和多塔多跨式等三种形式。在特殊情况下，斜拉桥也可以布置成独塔单跨式或者混合式。下面就这几种形式的特点进行简要的分析。

双塔三跨式（图一）是一种最常见的斜拉桥孔径布置形式。双塔三跨式斜拉桥通常布置

两个边跨的跨度相等的对称形式，亦可以布置成两个边跨跨度不等的不对称形式。边跨的跨度L1与主跨的跨度L2的比例关系通常取0.4左右。根据已建斜拉桥的资料统计，一般跨度比L1/ L2=0.35~0.5。另外，还可以根据需要在边跨内设置辅助墩，以提高结构体系的刚度。辅助墩数不宜过多，一般设置1~2个，数量过多效果并不明显。由于双塔三跨式斜拉桥的主孔跨度较大，一般可适用于跨度较大的河流、河口和海峡。

图一双塔三跨式斜拉桥

独塔双跨式斜拉桥（图二）也是一种常见的孔径布置方式。独塔双跨式斜拉桥可以布置成两跨不对称的形式，即分为主跨与边跨；也可布置成两跨对称，即等跨形式。其中以两跨不对称的形式居多，也比较合理。独塔双跨式斜拉桥的边跨的跨度L1与主跨的跨度L2的比例，通常介于0.6~0.7之间。由于它的主孔跨径一般比双塔三跨式的主孔跨径小，故特别适用于跨越中小河流、谷地及交通道路；也可用于跨越较大河流的主航道部分。[2][3]

图二独塔双跨式斜拉桥

在跨越宽阔水面时，由于桥梁长度大，必要时也可采用三塔斜拉桥，如湖南洞庭湖大桥（图三，主跨2×348m）。由于中间桥塔没有端锚索来有效地限制其变形，三塔斜拉桥的结

构柔性会有所增大。

图三洞庭湖大桥（三塔四跨式斜拉桥）

在适宜的地形条件下，有时也可采用独塔单跨式斜拉桥，此时边跨跨度很小，甚至没有边跨。图四为Marian Bridge (the Czech Republic) ，主跨123.3m。

图四Marian Bridge（the Czech Republic)

多塔多跨式斜拉桥应用较少，这是由于多塔多跨式斜拉桥的中间塔顶没有端锚索来有效地限制它的变位，结构刚度较低。增加主梁的刚度可以在一定程度上提高多塔斜拉桥整体高度，但这样做必然会增加桥梁自重。在必须采用多塔多跨式斜拉桥时，可将中间塔做成刚性

索塔，此时索塔和基础的工程量会增加很多，或者用斜拉索对中间塔顶加劲，但这种场所柔度较大，且会影响桥梁的美观。

3 斜拉桥设计计算

下面通过一个实际例子来说明如何进行斜拉桥形式的选择与结构计算。

例：设一跨江桥梁总跨径500m，采用斜拉桥。试采用2种形式，设计其跨径和分孔，要求拟定分孔尺寸并分析受力、变形等特点。

方案一：可采用边跨对称的双塔三跨式。由于边跨的跨度L1与主跨的跨度L2的比例关系通常取0.4左右，不妨取L1/ L2=0.39，则计算可得，主跨跨度L2=280m，两个边跨跨度L1=110m。主孔跨径由主跨跨度决定，而两个边跨各设置一个辅助墩，位置在距桥头50m处，由此，两边孔孔径也可确定。

借助ANYSY软件，输入已知数据并添加荷载后，可对桥梁的受力特性及变形进行单元分析。

方案二：可采用独塔双跨不对称式。此时边跨的跨度L1与主跨的跨度L2的比例关系通常位于0.6~0.7之间，可取L1/ L2=0.61,，可得主跨跨度L2=310m，边跨跨度L1=190m。可在主跨近岸处设置2个辅助墩，辅助墩之间间距为50m，近岸端辅助墩距桥头40m。[4][5][6] 同样可用ANSYS软件分析该设计桥型的受力特性和变形。

由于跨径500m属于中小型河流，通过软件分析可知，双塔三跨式不太适合该跨径桥梁选用；而独塔双跨式斜拉桥的主跨径较小，故更适合用于跨越中小河流、谷地及交通道路，由以上分析可知，此斜拉桥宜采用第二种方案。

4 结语

本文通过对各形式斜拉桥的特点及适用范围进行了系统分析，并对其中两种形式做了一些基础的设计计算，包括跨径和分孔尺寸，受力特性等。由于知识储备不足和时间所限，未能进行深入而具体的探讨，诚请老师见谅。

参考文献

[1]佚名. 斜拉桥. 百度文库，2010

[2]刘夏平. 桥梁工程. 北京：科学出版社，2005

[3]中国土木建筑百科辞典. 桥梁工程[M]. 中国建筑工业出版社，1999

[4]邵旭东等. 桥梁设计与计算. 电子讲稿

[5]重庆交通科研设计院. 偏公路斜拉桥设计细则（JTG/TD65-1）. 人民交通出版社，2007

[6]交通部. 公路桥涵设计通用规范（JTGD60-2004）. 北京：人民交通出版社，2008