斜拉桥

斜拉桥是由斜拉索、塔柱和主梁组成，用若干高强的拉索将主梁斜拉在塔柱上，斜拉索使主梁受到一个压力和一个向上的弹性支承的反力，这就使得桥梁的跨越能力大大增强。

斜拉桥示意图斜拉桥是将梁用若干根斜拉索拉在塔柱上的桥。

它由梁、斜拉索和塔柱三部分组成。

斜拉桥是—种自锚式体系，斜拉索的水平力由梁承受、梁除支承在墩台上外，还支承在由塔柱引出的斜拉索上。

按梁所用的材料不同可分为钢斜拉桥、结合梁斜拉桥和混凝土梁斜拉桥。

斜拉桥由斜索、塔柱和主梁所组成。

用高强钢材制成的斜索将主粱多点吊起，并将主梁的恒载和车辆荷载传至塔柱，再通过塔柱基础传至地基。

这样，跨度软人的主梁就象一根多点弹性支承(吊起)的连续梁一样工作，从而可使主梁尺寸大大减小，结构自重显著减轻，既节省了结构材料，又大幅度地增大桥梁的跨越能力。

此外，与悬索桥相比，斜拉桥的结构刚度大，即在荷载作用下的结构变形小得多，且其抵抗风振的能力也比悬索桥好，这也是在斜拉桥可能达到大跨度情况下使悬索桥逊色的重要因素。

斜索在立面上也可布置成不同型式。

各种索形在构造上和力学上各有特点，在外形美观上也各具特色。

常用的索形布置为竖琴形(图一)和扇形(图二)两种。

另一种是辐射形布置(图三)因其塔顶锚固结构复杂而较少采用图一竖琴形斜拉桥图二扇形斜拉桥图三放射形斜拉桥斜拉桥由索塔、主梁、斜拉索组成。

桥的主要承重并非它上面的汽车或者火车，而是它本身，也即我们看的的路面。

现在我们就分析这个：我们以一个索塔来分析。

索塔两侧是对称的斜拉索，通过斜拉索将索塔主梁连接在一起。

现在假设索塔两侧只有两根斜拉索，左右对称各一条，这两根斜拉索受到主梁的重力作用，对索塔产生两个对称的沿着斜拉索方向的拉力，根据受力分析，左边的力可以分解为水平向向左的一个力和竖直向下的一个力；同样的右边的力可以分解为水平向右的一个力和竖直向下的一个力；由于这两个力是对称的，所以水平向左和水平向右的两个力互相抵消了，最终主梁的重力成为对索塔的竖直向下的两个力，这样，力又传给索塔下面的桥墩了。

斜拉索数量再多，道理也是一样的。

之所以要很多条，那是为了分散主梁给斜拉索的力而已.。

斜拉桥的原理,就是利用平衡力的原理,斜拉桥两端的重量通过两端超强的钢绞索拉住压在主桥柱(就是斜拉桥最高的那柱子)上,从而达到两端平衡、跨度更大的目的,简单来说,斜拉桥就是一个大天平，两端的重量相当并通过钢索压载在主桥柱上，这就是为什么斜拉桥总是两端都需要钢索来保持平衡的原因斜拉桥作为一种拉索体系，比梁式桥的跨越能力更大，是大跨度桥梁的最主要桥型。

斜拉桥是由许多直接连接到塔上的钢缆吊起桥面，斜拉桥由索塔、主梁、斜拉索组成。

索塔型式有A型、倒Y型、H型、独柱，材料有钢和混凝土的。

斜拉索布置有单索面、平行双索面、斜索面等。

斜拉桥特点是组合体系桥，结构轻巧，适用性强，可以将梁、索、塔组合变化做成不同体系，适用于不同地质和地形情况。

主梁增加了中间的斜拉索支撑，弯矩显著减小，与其他体系的大跨径桥梁相比较，其钢材和混凝土的用量均比较节省。

借斜拉桥的预拉力可以调整主梁的内力，使之分布均匀合理，获得较好的经济效果，并能将主梁做成等截面梁，便于制造和安装。

斜索的水平分力相当于对主梁施加的预压力提高了梁的抗裂性能（特别是混凝土梁），并充分发挥了高强材料的性能。

斜拉桥的优点突出。

桥的建筑高度小，受桥下净空和桥面高程的限制少，并能降低引道填土高度。

与悬索桥相比较，斜拉桥竖向刚度及抗扭刚度均较强，抗风稳定性好得多，用钢量较少，钢索的锚固装置也较简单。

由于是自锚体系，不需要昂贵的锚碇构造。

不过斜拉桥由于是多次超静定结构，所以施工控制和设计计算复杂。

斜拉桥的优点是：梁体尺寸较小，桥梁的跨越能力较大；受桥下净空和桥面标高的限制少；抗风稳定性比悬索桥好；不需悬索桥那样的集中锚碇构造；便于悬臂施工等。

不足之处是，它是多次超静定结构，设计计算复杂；索与梁或塔的连接构造比较复杂；施工中高空作业较多，且施工控制等技术要求严格。

斜拉桥的优点相对于其它桥梁结构悬索桥可以使用比较少的物质来跨越比较长的距离。

悬索桥可以造得比较高，容许船在下面通过，在造桥时没有必要在桥中心建立暂时的桥墩，因此悬索桥可以在比较深的或比较急的水流上建造。

缺点是刚度小，在荷载作用下容易产生较大的挠度和振动，需注意采取相应的措施。

坚固性不强，在大风情况下交通必须暂时被中断。

悬索桥不宜作为重型铁路桥梁。

悬索桥的塔架对地面施加非常大的力，因此假如地面本身比较软的话，塔架的地基必须非常大和相当昂贵。

在我的家乡建立了马岭河峡谷大桥。

马岭河特大桥是汕昆高速公贵州境板坝至江底段的控制性工程，位于黔西南州府所在地兴义市与顶效开发区交界处。

全桥长1386m，主桥为155＋360＋155m三跨预应力混凝土双塔双索面斜拉桥，引桥采用预应力混凝土预制T梁先简支后刚构体系，主塔墩采用宝石形桥塔，主体宽度为24.5＋2×1.3（布索区）m,是目前贵州省已建成通车的第一座双塔斜拉桥。

大桥桥面高出马岭河水面300余米，是典型的高原峡谷特大桥。

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。

图一双塔三跨式斜拉桥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。

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。

图三洞庭湖大桥（三塔四跨式斜拉桥）（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。

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。

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。

图四Marian Bridge（the Czech Republic)斜拉桥根据纵向斜缆布置有辐射、扇形、竖琴形（1）辐射形： 1、辐射形这种布置方法是将全部拉索汇集到塔顶，使各根拉索都具有可能的最大倾角。

由于索力主要由垂直力的需要而定，因此拉索拉力较小；而且辐射索使结构形成几何不变体系，对变形及内力分布都有利。

这种做法的缺点是：有较多数量的拉索汇集到塔顶，将使锚头拥挤，构造处理较困难；塔身从顶到底都受到最大压力，自由长度较大，塔身刚度要保证压曲稳定的要求。

另外，拉索倾角不一，也使锚具垫座的制作与安装稍显复杂。

2、平行形(竖琴形) 这种形式中各拉索彼此平行，因此各索倾角相同。

各对拉索分别连接在索塔的不同高度上，索与塔的连接构造易于处理；由于倾角相同，各索的锚固设备构造相同，塔中压力逐段向下加大，有利于塔的稳定性。

但是这种形式索的用钢量大；由于各对索拉力的差别，将在塔身各段产生较大的弯矩；由于是几何可变体系，对内力及变形的分布较不利，不过可以用边跨内设置辅助墩的办法来加以改善。

竖琴式斜拉桥又称无背索的斜塔斜拉桥，它是凭单边的拉索和桥塔的重量以及适度的倾斜来实现桥的平衡的。

3、扇形扇形是介于辐射形和平行形之间的形式，一般在塔上和梁上分别按等间距布置，兼顾了以上两种形式的优点而减少其缺点，因此有较多的斜拉桥采用这种形式。

斜拉桥是半个多世纪以来最富于想象力和构思内涵最丰富而引人注目的桥型，它具有广泛的适应性。

一般来说，对于跨度从200m至700m左右的桥梁，斜拉桥在技术上和经济上都具有相当优越的竞争能力。

然而，随着斜拉桥跨度的增大，将会面临桥塔过高和斜索过长等一系列技术问题。

另外，必须提到的是，斜拉桥的斜拉索可以说是这种桥梁的生命线，至今国内外已发生过几起通车仅几年就因斜拉索腐蚀严重而导致全部换索的不幸工程实例。

因此如何做好斜拉索的防腐工作，确保其使用寿命，仍是当今桥梁界十分重视的重要课题。

斜拉桥模型制作：在了解斜拉桥相关信息后，我制作了一个斜拉桥模型。

材料：木板，细线，工字针，固体胶，木棍，细铁丝。

构思：经过观察后，发现所用材料适合制作成斜拉桥的孔径为双塔三跨式，即双塔三跨是斜拉桥。

受力分析：索塔两侧是对称的斜拉索，通过斜拉索将索塔主梁连接在一起。

现在假设索塔两侧只有两根斜拉索，左右对称各一条，这两根斜拉索受到主梁的重力作用，对索塔产生两个对称的沿着斜拉索方向的拉力，根据受力分析，左边的力可以分解为水平向向左的一个力和竖直向下的一个力；同样的右边的力可以分解为水平向右的一个力和竖直向下的一个力；由于这两个力是对称的，所以水平向左和水平向右的两个力互相抵消了，最终主梁的重力成为对索塔的竖直向下的两个力。

分析问题与解决问题：因为木板长为一米，经过测量后，我打算设计双塔三跨是斜拉桥。

在制作索塔时，发现很难用胶水固定木条，思考一番后，决定用针或图钉进行固定。

而制作时发现图钉没有工字针好。

工字针因颜色各异，既可以固定木棍，又可以起到美观作用。

因为木板太重，木棍太细，难以支撑，故在索塔下制作圆纸板以支撑桥梁。

在操作时可用细铁丝制作拉索，但铁丝很难拉直，缺少美观性，故用细线制作拉索。

创意：在制作过程中发现用工字针固定木棍比胶水方便可行，并且增强了模型的稳定性。