斜拉桁架桥的结构特点与发展现状

□秦建荣 □陈致斌 □张 磊

(1新乡市水利科技推广中心；2太原科技大学)

1 引言

纵观历史的潮流，在人类文明的发展史中，桥梁的建设已经占据十分重要的篇章，追述历史，大河流域起源的古文明，地方自然地理条件都比较优越，在此基础上人类也发展科学技术，创造出伟大的古老文明。有了大河流域，就有了古文明，自然而然桥梁在大河流域所创造的古老文明中有着举足轻重的地位。桥梁是人类文明的产物，而中国古代桥梁的辉煌成就在世界桥梁历史上也绚丽多姿，赵构桥，卢沟桥，广济桥，莲花桥等等都体现了人类社会的进步与发展。

进入信息化时代以来，桥梁作为土建领域内技术含量最高，技术要求复杂的项目。在这个交通信息时代需要的背景下应该有什么样的新的发展；在世界经济与社会大发展所带来的经济效益与科学技术的完美结合下，又会有什么提高？所以桥梁的建设发展在逐渐日新月异这又对于一个国家生产、经济与科学技术的发展程度也通过桥梁得到了侧面的反映。纵观现代桥梁的发展趋势，不难发现桥梁正在朝着轻型化与大跨度的方向发展。在这样的发展背景、发展观念之下，新兴桥型——斜拉桁架桥应用而生。斜拉式桁架桥既有斜拉桥的特征又具有桁架的优势，所以目前来说桁架桥和斜拉桥都是具有跨度大，结构稳定等对于桥梁来说重要的特点。斜拉桥作为我国较为流行的大跨径桥梁桥型之一。作为一种拉索体系的桥梁，比一直在使用的梁式桥的跨越能力更大，结构更加稳定，但其因为多因为是塔式斜拉，属于多次超静定结构，设计和计算十分复杂，所以施工特别复杂困难。而桁架桥因为其桁架由杆件组成，整体主要是受弯矩为主，而桁架杆件只承受轴向力，没有多余的赘余力，其自重较轻，适合于软土地基条件，结构设计简单，受力明确，施工也简单，造价便宜。所以桁架桥也是一种十分优秀的大跨度桥梁桥型。但是桁架桥结构虽简单却较为复杂，计算十分不便，且是施工较为繁琐。为了克服在构造上的弱点，由以上两种桥梁的思路为出发点，斜拉式桁架桥应运而生。综合了两种桥梁的特点，斜拉式桁架桥具有十分显著的优势，而其所展现出来的特点也和力学特征比较吻合，塔式斜拉和桁架的组合得到了充分的应用。这也说明桥梁在随着人们对知识的探索和发展的过程中得到了大跨越的进步。

2 斜拉桁架桥的受力特点及优点

2.1 斜拉桁架桥的受力分析与结构特点

由桁架桥和塔式斜拉桥这两种桥梁的思路为出发点，综合了两种桥梁的特点，所以斜拉式桁架桥具有十分显著的优势。而其所展现出来的特点也和力学特征比较吻合，从而塔式斜拉和桁架的组合得到了充分的应用，所以斜拉桁架桥不同于普通桁架桥的受力特点。但其组成相同，即腹杆、桥塔、下弦杆、上弦杆、横梁等，其中上弦杆承受拉应力,下弦杆除了承受压应力,还承受一定的类似于多跨连续梁的弯矩。因为受力条件的不同，斜拉式桁架的腹杆分为拉压腹杆两种。

斜拉桁架桥具有斜拉桥与桁架桥基本的“斜拉”与“桁架”特点其受力特征也是在结合这两种桥型的受力特点基础之上的经一步优化。首先，“斜拉”的特点主要通过桥梁的斜缆受力来体现，即斜缆在塔顶铰点处产生一个向下的合力；而在下弦杆处产生一个使下弦杆受压的水平分力和平衡弦杆自重与活载内力的竖直分力。其次，桁架桥中的上下弦杆分别以承受拉压应力为主。而在斜拉桁架桥中弦杆、腹板之间的受力，主要以轴力为主，而弯矩影响较小一般可忽略不计。对于斜腹板，指向塔根方向的受压，指向塔顶方向的受拉，起着加劲作用，对梁体有着进一步的约束限制，使整个梁体的弯矩尽量减少。这样整个结构由刚度较小的局部杆件也就是桁架来组装使结构整体受力合理(受力以轴力为主)，这样所有的桁架成刚度较大的一种结构整体。使桁架整体刚度增大，这也使斜拉桁架桥中“桁架”的特点得到了充分体现。

2.2 斜拉桁架桥相比其它桥型的优点

众所周知，斜拉桥具有跨度大（跨越能力仅次于悬索桥）、结构刚度大、用料省、造价低廉、外形符合桥梁美学要求美观大气等优点；对于桁架桥一般都是钢结构的杆件，杆件之间为铰接，受力合理，结构设计简单，造型轻巧整体性强，刚度大，材料用量低等优点；综合了斜拉桥与桁架桥的优点并且在技术上有了新的突破，例如在设计施工中用桁杆取代斜拉索．这样的设计使得预应力索外有混凝土包裹．从而保护了预应力筋．从根本上消除了斜拉桥的斜拉索的防腐问题；采用下承式建造特点，降低桥面结构高度，增大桥梁通航净空；而且其具有的受力特点对于斜拉索的疲劳问题也得到了改善。

总体来看，斜拉桁架桥自身重量轻巧，结构稳定，承受载荷较大，桥跨轻盈流畅，具有韵律感与视觉冲击感。因此，相比于其他桥型，斜拉桁架桥这种新型桥梁结构，有着一定的优势，是值得大力推广发展的一种桥型。

3 斜拉桁架桥在国内外发展与现状

3.1 斜拉桁架桥在国外的发展与现状

斜拉式桁架桥是一种新兴的桥型，在桥梁朝着轻型化大跨度的方向发展，所以它的历史不长，而具资料可查，在国外还没有斜拉式桁架桥的建造与设计。国外同类桥型——斜拉板桥最早在20世纪70年代出现，这种桥型的独特之处是用混凝土把斜拉索包裹起来，从而形成一个由混凝土铸成的斜板，由于外围有混凝土的包裹，所以这样包裹的斜拉索就不会因为腐蚀问题而造成桥梁的损耗，也不会因为由拉索垂驰度引起的非弹性变形，同样也在一定范围内增强了其抗风振隔振的能力。这样的设计，拉锁本身的拉力也没有斜拉式桥梁的拉力大，不但克服了拉索本身的振动问题而且补充修复了桥梁的风振隔振的问题。所以在国外，大多数是属于斜拉板桥的设计，其设计和斜拉式桁架的设计理念基本相似，但其只能算是斜拉式桁架桥的雏形与基础。在20世纪70年代，德国，瑞士，日本都开始了斜拉板桥的设计与构思。例如瑞士瓦莱州的Ganter桥在当时的设计跨越Ganfer峡谷，在日本神户北线上的奥山桥以及名取川的铁路桥都是这类用混凝土包裹的的斜拉板桥。这类桥梁在当时的国外是一种新型的桥梁，斜拉板桥得到了广泛的应用。但其也只是因为设计理念和斜拉式桁架桥比较相似，而斜拉式桁架在国外仍没有建造和使用的记载。

3.2 我国国内斜拉式桁架桥的发展与现状

在国内我国建成的首座斜拉式桁架桥是山东济南洛口黄河大桥，其全长2023m，主孔跨径220m。这座斜拉式桁架桥在1986年由浙江长兴县和同济大学、浙江省交通厅设计院等单位联合组成的设计小组设计建成的港口大桥，它是我国近期最早建造的下承式预应力混凝土斜拉式桁架桥，港口大桥全长137.78m，是单悬臂加挂梁的斜拉桁架体系桥梁，边跨计算跨径为28m，钻孔桩明挖基础，下部结构双柱式墩，这也就拉开了我国斜拉式桁架桥的发展序幕。随之我国主持修建了多个斜拉桁架桥如湖北省的盐水河大桥，河南省周口市的沈丘大桥，江苏省无锡市的新安南桥、向化一号桥、煤石桥等都是国内已建造的斜拉式桁架桥。随着我国国力的建设与发展，斜拉式桁架桥也得到了一定的发展，该类桥梁自建成营运以来，凭借其优良的结构特点与受力特点，充分发挥其优良性能，并且平稳运行，维修次数少。

4 结语

预应力混凝土斜拉式桁架桥是一种新兴的桥型，是近几年来预应力混凝土桥梁向着大跨度，结构稳定的方向发展的重要体现。他充分利用材料，自身轻，结构承载力稳定，跨越能力强，并且外表美观，经济适用。而伴随着十八届五中全会吹响了夺取全面建成小康社会伟大胜利的冲锋号角，当今的桥梁建设也是一路高歌，突飞猛进。尤其是新兴桥梁的建设，更是与时代相结合，大跨度的轻便型桥梁更是符合我国当下追求创新的一个结合点，创新在发展新理念中居于首位。而我国的斜拉式桁架桥的设计理念与建设更是走在了世界的前列，这从侧面也充分反映了一个国家的生产，经济，科学技术得到了重大的发展。所以新的时期，我们要将创新与发展进行到底，在当今的大环境下，斜拉式桁架桥将会得到更为广泛的应用与发展。

[1]《斜拉桁架桥安装过程中杆件应力和结构稳定分析》[D]长安大学2006任翔.

[2]《斜拉桁架桥关键技术研究》[D]华中科技大学2009黎述亮.

[3]《组合结构桥梁》[M]人民交通出版社2005刘玉擎.

[4]《预应力混凝土斜拉桁架桥结构分析与设计研究》[D]华中科技大学2006邱峰.

[5]《PC斜拉下承式桁架桥的力学特性及荷载试验研究》[D]长安大学2007唐翔.