斜拉桥发展现状及设计中应注意的问题

聂开羽

（四川西南交大土木工程设计有限公司广州分公司，广东 广州 510095）

1 概况

斜拉桥作为一种拉索结构，比梁式桥有更大的跨越能力，而且由于拉索的自锚特性，不需要如同悬索桥那样的巨大锚碗，在河口海岸的软土地上需要建造大跨度桥梁时，具有竞争力和可行性。从1975年到现在，我国已建成30多座大跨度斜拉桥。

表1 我国跨径≥400m的斜拉桥（仅示意部分）

2 斜拉桥发展现状

斜拉桥是一种由梁、塔、斜拉索组成的组合体系桥梁。其基本受力特点为：斜拉索为受拉构件，将主梁及活载等传给桥塔，桥塔基本以受压为主，而主梁像一条多点弹性支承的连续梁，同时由于斜拉索水平分力的作用，主梁截面的基本受力特征为偏心受压构件。

2.1 总体布置形式及各自特点

常见立面布置形式为：

（1）单塔单跨斜拉桥：主塔放在有利一侧，主跨跨越河流、道路等障碍物，边跨不跨越其他障碍物，直接采用地锚，跨度较小。

（2）单塔双跨斜拉桥：主跨和边跨都可以跨越河流或者障碍物，其中有的边跨采用地锚。

（3）双塔三跨斜拉桥：当跨度不大的时候，遇到非对称地形，或者一侧有障碍物，应首先考虑单塔斜拉桥，如跨度过大时再考虑采用双塔三跨斜拉桥，这种形式也是国内斜拉桥主要采用的形式。

（4）三塔和多塔斜拉桥：由于没有锚墩处背索的约束作用，刚度偏小，内力增大，在跨度较大时必须采取措施提高刚度，如增加桥塔刚度、增加辅助索、增大主梁自重、设置辅助墩等。

（5）矮塔斜拉桥：与普通斜拉桥相比，这种桥型梁高较高，其受力体系为连续刚构和斜拉桥的组合，其主要优点为桥塔较低，抗疲劳性能好，特别适用于活载较大的铁路桥梁。

（6）其他斜拉桥：斜拉桥和悬索桥、拱桥、连续刚构等均可组成组合体系，国外应用较多。

2.2 斜拉桥的结构体系形式

主要体系有四种体系：漂浮体系、半漂浮体系、塔梁固结体系、刚架体系，

漂浮体系，特点是塔和墩固结，塔和梁分离，主梁可以视为由缆索吊起，在纵向可稍作浮动的一种具有多点弹性支承的连续梁结构。

半漂浮体系，特点是塔墩固结，塔墩上设置支座支承主梁，主梁可视为有多点弹性支承的三跨连续梁，与漂浮体系相比，其内力在支点处断面急剧变化，负弯矩较大，构造方面需要注意。

塔梁固结体系，特点是将塔与梁完全固结并通过支座支承在墩上，可视为一根连续梁，只不过在两顶采用斜拉索加强。

刚架体系，其特点是塔、梁、墩全部固结起来，可视为具有多点弹性支承的连续刚构，缺点是其刚接点及墩底均会出现很大的温度附加弯矩，对应位置截面必须加大。

2.3 斜拉索

2.3.1 稀索和密索

早期斜拉桥主要采用稀索体系，因受力要求梁高较大，现在大多新建的斜拉桥采用密索，可以减少梁高，使得桥梁造型更加轻巧。

2.3.2 索距

斜拉索的索距和主梁的重量有直接关系，其中混凝土主梁的索距一般为6～8m，钢主梁的索距一般为12～24m。

2.3.3 索形

索形主要有以下三种：

（1）辐射形（也称放射形）：此种索形的斜拉索用量最少，缺点是塔顶索的锚固过于集中，需要认真考虑锚固构造的合理性。

（2）竖琴形（也称平行形）：此种索形的斜拉索用量最多，优点是造型美观，特别适用于单索面。

（3）扇形（也称平行形）：介于以上两种索形之间。

2.3.4 索面

索面有以下四种：

（1）单索面：视觉效果好。

（2）双索面：抗扭刚度由梁和索同时提供。

（3）三索面：适用于桥宽特别大的情况。

（4）四索面：一般用于分幅布置的桥梁。

2.4 主梁材料及截面形式

主梁可采用的材料主要有：（1）钢主梁（2）混凝土主梁（3）叠合梁（4）钢主梁和混凝土主梁纵向组合（5）叠合梁和混凝土主梁纵向组合。在选用材料的时候需要综合造价、运输条件、主跨跨度、后期养护、工期要求多个方面来合理选定主梁材料。我国较多应用的是钢主梁和混凝土主梁。

钢主梁主要有以下形式：钢桁梁、钢板梁、边箱中板式、倒梯形钢箱梁、流线型扁平钢箱梁等。

混凝土主梁主要有以下形式：实体双主梁截面、板式样边主梁截面、分离双箱截面、整体箱形截面、板式箱形截面等。

2.5 桥塔布置形式

桥塔的选定主要从桥梁纵向刚度，确定的施工工艺，以及对景观的要求三个方面考虑。主要分为以下几类：

（1）单柱形：刚度较小、施工简单，应用最多。

（2）V形和Y形：桥塔高度较小，适用于上空受限的情况。

（3）A形、倒Y形和空间框架形式：多用于多塔斜拉桥的刚性塔。

截面主要采用矩形、六角形截面，其角部可以设计成圆角、倒角或切角的形式。

2.6 设计中应注意的问题

斜拉索作为斜拉桥的主要受力构件，若其突然断裂，很可能导致整个结构瞬间遭到毁灭性破坏，因此斜拉索的防护就成为重中之重。

在设计时就应考虑到在正常交通通行的情况能安全快速的更换斜拉索，同时应特别重视斜拉索的防腐，采用各种涂层、添加剂、套管压浆等方法增加斜拉索的耐腐蚀性。

同时应考虑斜拉索的疲劳寿命，根据大量试验结果，斜拉桥使用的钢绞线不仅仅应该有长的平均寿命，并且应该有低的疲劳寿命的变异性。

3 结语

斜拉桥结构轻巧，跨越能力大，美观大气，虽然我国已经建成了大量斜拉桥，但在一些关键技术难题上仍然需要进一步进行全面、细致的研究，比如研究超大跨斜拉桥的结构体系及其力学性能、将轻质、高强、耐腐蚀性高性能材料应用于斜拉桥、提高斜拉桥抗灾性能，加强斜拉桥施工过程中的措施研究等。