大型斜拉桥发展动态及关键技术分析

大型斜拉桥发展动态及关键技术分析

【摘要】现代桥梁正朝着大跨径、更轻巧的方向发展。斜拉桥是其中一种最为常用的结构。斜拉桥由主梁、索以及支承缆索的索塔等部分组成，属于组合体系的桥梁。通过桥塔上多条斜向拉索的支承，斜拉桥结构可以跨越较大的山谷、河流等障碍物。文中通过对斜拉桥的历史和发展趋势进行分析，提出斜拉桥在设计和建设中存在的问题，以期对斜拉桥的修建有一定的指导作用。

【关键词】斜拉桥多塔斜拉桥

【Summary】Modern cable-stayed bridge from the date of birth in many ways has undergone dramatic evolution. With advances in technology, structural analysis, in-depth wind resistance, seismic and construction of the stability studies, this form of cable-stayed bridges in the last century has been rapid development. Trends in the development of cable-stayed structure in the form of light, multi-tower cable-stayed bridge, part of the cable-stayed bridge has greatly increased its competitiveness in the long-span and small-span bridge.

【Key Words】Cable-stayed bridge Multi-tower cable-stayed bridge

1.斜拉桥的现状

以加劲梁材料分有：钢斜拉桥、PC斜拉桥、结合梁斜拉桥和混合梁斜拉桥；以荷载类型分有：公路斜拉桥、铁路斜拉桥和公铁两用斜拉桥。

不同材料斜拉桥加劲梁为钢的斜拉桥—般采用箱形断面，由于质量轻，施工节段长，跨越能力大，因此在斜拉桥发展的早期得到了广泛地应用，特别是在日本。PC斜拉桥的经济性好，自20世纪70年代以来发展迅速，我国也一直以修建PC斜拉桥为主。结合梁斜拉桥与PC斜拉桥相比，恒载较轻，安装节段长；与钢斜拉桥相比，刚度较大，可采用轻型而方便的开口截面，且抗风稳定性较好。分析结果表明，现有拉索的强度、拉索弹性模量降低引起的主梁挠度和弯矩以及结构的颤振临界风速等都不是斜拉桥跨径发展的障碍，对斜拉桥跨径发展的最大制约因素是斜拉索水平分力引起的主梁轴向力和斜拉索刚度。为减小主梁的轴向力，同时防止边跨支座出现过大的负反力，需加大边跨的重量和刚度，即采用混合梁斜拉桥：边跨为混凝土梁、中跨为钢梁或结合梁的斜拉桥。诺曼底桥和多多罗桥均为混合梁斜拉桥，混合梁斜拉桥是超大跨径斜拉桥的发展方向。铁路斜拉桥由于铁路桥梁的荷载大，刚度要求高，斜拉桥用于铁路的实例不是很多。

2.斜拉桥发展

2.1发展原因

这种型式的桥梁能形成如此大的发展规模，其主要原因是：计算机技术的飞速发展、超静定结构分析理论的不断完善，使得计算手段不断更新、水平日益提高；正交异性板的设计计算及制造工艺的日趋成熟，预应力混凝土的兴起和发展，高强度缆索材料制造工艺的发展，防腐能力的提高，锚固方式以及高疲劳性能锚具的研究和开发；模型试验技术水平及试验能力的提高，以及以悬臂架设方法为主的施工技术的开发和完善等方面的原因；以及斜拉桥在它的经济性、刚度、抗风稳定性以及架设方法方面，在200m~600m跨度范围内都有一定的竞争优越性。

2.2发展趋势

斜拉桥的发展趋势斜拉桥的发展趋势主要表现在如下几个方面：

1)桥面继续轻型化

2)跨径继续增大，中、小跨径也具有竞争力近年来，有向拉索造价和桥面系重量减少，结构更趋于轻巧和柔性的方向发展。在特大跨度斜拉桥中更多地采用叠合梁，

从而有效地减轻了桥面系重量，提高了跨越能力。斜拉桥跨径继续增大的主要制约因素是主梁所能承受的压力，就目前可采用的材料强度看，其极限跨径可达到1800m～2100m。斜拉桥在中等跨径桥梁中颇具竞争力在于可采用更为创新和经济的设计方案，可激发设计者无穷的想象力。

2)塔结构的多样化

早期斜拉桥桥塔多采用钢结构，近年来越来越多地采用混凝土塔结构。倒“Y”形或钻石形塔可使梁体获得较高扭转自振频率以提高其临界颤振风速，大跨径斜拉桥多采用这两种类型索塔。

3)多跨(多塔)斜拉桥

多塔斜拉桥结构形式新颖、美观，近年来越来越多地被采用。早期的这种结构是由Ricardo设计的马拉开波桥，其结构概念很清楚：即一系列具有足够刚度的索塔—预应力混凝土桁架—斜拉索悬臂—支撑简支挂梁。多塔斜拉桥的主要问题是由于中间塔没有端锚索来约束其塔顶位移，导致其比一般斜拉桥的柔性更大。采用这种桥式的首要问题是必须采用提高结构整体刚度的技术措施和方法，如塔顶对拉索、斜拉索交叉布置、增大中间塔的刚度等措施。

4) 拉索新型化

随着桥梁跨径增大，拉索垂度也增大，而刚度随之降低，因此需考虑设置辅助索。拉索防护材料现多采用PE材料外包有色PU材料防护，同时抑制风雨振的高阻尼材料和阻尼器也会广泛的应用于斜拉桥上。

5)部分斜拉桥

部分斜拉桥是介于连续梁桥和斜拉桥之间的一种桥型，它是靠梁的受弯、受压和索的受拉来承受荷载，因此可通过改变梁的刚度来实现荷载在梁、索间的不同分配比例，以强化或弱化斜拉索的作用，设计自由度很大。部分斜拉桥具有一些显著特点，如塔高较矮、主梁刚度大、斜拉索布置较集中、边中跨比例更接近连续梁等。部分斜拉桥的斜拉索应力变化幅度小，可采用较高的容许应力，如—般斜拉桥设计计算中索的容许应力仅取钢丝标准抗拉强度的 40％，安全系数为2.5，而部分斜拉桥计算中索的容许应力与一般梁体内的预应力束相同,可取为钢丝抗拉强度的60％，安全系数为1．7。部分斜拉桥的结构整体刚度大，变形小，尤其适用于荷载大、标准高的铁路桥梁。

6)结构分析方面

在大跨度斜拉桥的结构分析中，必须考虑由于初始内力存在引起的内力增