道路与桥梁工程概论论文——浅谈斜拉桥的基本概况及发展前景

1、道路与桥梁工程概论论文浅谈斜拉桥的基本概况及发展前景摘要：斜拉桥是将主梁用许多拉索直接拉在桥塔上的一种桥梁，是一种由塔、梁、索三种基本构件组成的组合桥梁结构体系，可看作是拉索代替支墩的多跨弹性支承连续梁。其可使梁体内弯矩减小，降低建筑高度，减轻了结构重量，节省了材料。斜拉桥由索塔、主梁、斜拉索组成。斜拉桥在目前所有桥型中具有鲜明的特征和优势。在此浅述有关斜拉桥的发展历程和建造技术要点，以及斜拉桥在世界桥梁发展史上的地位和发展前景。关键字：跨径 结构体系 构造 建筑美学Abstract：With many girder cable-stayed bridge is will draw directly lasso in bridge tower bridge, is a kind of by a tower, beams, cable three basic components combination bridge structure system, can be considered a lasso more instead of a pier across the elastic

2、supporting continuous beam. It can make the beam is reduced, reduce body bending moment the height and reduce the weight, saving material structure. Cable-stayed bridge by cable tower, girders, composed stay-cables. Cable-stayed bridge in the present in all the distinctive temperature.though characteristics and advantages. In the light of the development process and relevant cable-stayed bridge built technological essencials, as well as in world history of cable-stayed bridge bridge the status a

3、nd development prospects.Key Words： span structure structural system architectural aesthetics正文：身处三大，身在宜昌这个坐落在长江之滨的魅力城市，自然和跨江桥梁构成了密不可分的关系。夷陵长江大桥，作为宜昌近几年的新地标，见证了宜昌十年来的发展史。夷陵长江大桥是一座是长江上唯一的一座三塔倒Y型单索面混凝土加劲梁斜拉桥，其跨度在同类桥梁中为世界之最。大桥在建设中先后运用了20项新技术、新材料、新工艺。桥梁已经成为了和我们生活密不可少的生活建筑，斜拉桥作为近代兴起的一种桥型，具有她自己独特的美感和视觉享受。一、斜拉桥的演变历史斜拉桥源于吊索桥。从斜拉桥的演变历史可以表明，在很早以前人们就掌握了从塔架上悬吊斜拉索来支撑梁的知识。我国是世界上最早有吊桥的国家之一，迄今已有四千多年的历史。中国古代的吊桥、东南亚地区的原始藤竹索桥都是斜拉桥的发展雏形。从17世纪以后，这种发展趋势变得愈发明显，1617年意大利威尼斯工程师弗兰迪阿斯建造了一座有几根斜拉铁链的桥，这也是欧洲最早见于记载的斜拉桥。1784年德国人

4、勒舍尔在弗里堡建造了世界上第一座真正意义上的斜拉桥。罗勃林（W.A.Roebling）父子在1883年建成的闻名于世的美国布鲁克林大桥（The Brooklyn Bridge），采用了悬索和拉索的组合体系，他们的设计理念对于悬索和拉索组合体系桥型的发展起到了巨大的推动作用。20实际上半叶以前的100多年里，由于拉索用钢材质量没有过关，以及对斜拉桥结构体系的力学分析缺少足够的技术认识，加之锚定困难、拉紧不足等材料和技术的问题，除了20世纪20年代在美国建造了几座采用拉索体系的小木桥外，斜拉桥的研究和发展非常缓慢。在二战以后，由于桥梁重建工程空前浩繁，而高强度钢材的问世、电子计算机的出现，以及结构分析方法和桥梁建造技术的不断完善，给桥梁工程师提供了充分发挥其想象力和创造性的机会，人们重新研究了斜拉桥的构造体系。1949年德国著名桥梁工程师迪辛格尔（Dishinger）率先发表了他的研究成果，这篇世界桥梁建造史上里程碑式的论文，为现代斜拉桥的诞生和发展奠定了理论基础。二、我国斜拉桥的发展现状1综述斜拉桥是我国大跨径桥梁最流行的桥型之一。目前为止建成或正在施工的斜拉桥共有30余座，仅次于德国、

5、日本，而居世界第三位。而大跨径混凝土斜拉桥的数量已居世界第一。 50年代中期，瑞典建成第一座现代斜拉桥，40多年来，斜拉桥的发展，具有强劲势头。我国70年代中期开始修建混凝土斜拉桥，改革开放后，我国修建斜拉桥的势头一直呈上升趋势。 我国一直以发展混凝土斜拉桥为主，近几年我国开始修建钢与混凝土的混合式斜拉桥，如汕头礐石大桥，主跨518m；武汉长江第三大桥，主跨618m。钢箱斜拉桥如南京长江第二大桥南汊桥，主跨628m；武汉军山长江大桥，主跨460m。前几年上海建成的南浦（主跨423m）和杨浦（主跨602m）大桥为钢与混凝土的结合梁斜拉桥。 我国斜拉桥的主梁形式：混凝土以箱式、板式、边箱中板式；钢梁以正交异性极钢箱为主，也有边箱中板式。我国于1975年建成第一座斜拉桥后，在不足30年的时间里，已一跃成为世界上拥有斜拉桥最多的国家。而目前正在建设的江苏苏通斜拉大桥，将成为世界第一大跨度斜拉桥，我国正在向斜拉桥建造大国、强国迈进。即将实现合龙的哈尔滨松花江绕城路斜拉桥，以采用可经受40摄氏度高温和零下40摄氏度高寒的两种高强度钢，成为我国高寒地区最大的斜拉桥。其钢板总厚度达140毫米，创造了国

6、内桥梁最大厚度钢板焊接的纪录，大桥所采用的新材料、新工艺、新技术，不仅填补了我国桥梁建造的空白，而且在世界斜拉桥中也具有独特的地位。它标志着我国率先在高强度厚钢板焊接技术上实现了重大突破。2.斜拉桥在我国桥梁中的地位 1956年，瑞典建成了世界上第一座斜拉桥斯特伦松德桥，主跨为182.6米，这在当时成为世界上最大跨度的桥梁。斜拉桥一经问世，其建设如雨后春笋般在发达国家迅速崛起，发展速度更是超出了人们的预料，并且每隔几年实现一个技术跨越。我国第一座斜拉桥是1975年建成的四川云阳斜拉桥，主跨只有76米。虽然我国斜拉桥起步比发达国家晚近20年，但只用了不到30年的时间，就在斜拉桥领域创造了从无到有、从小到大、从落后到先进的奇迹，目前成为了世界上拥有斜拉桥最多的国家，至今已建成斜拉桥100多座。并且正在实现斜拉桥设计、施工技术、施工控制、防风、雨振等指标赶超世界先进的目标。3.因何采用斜拉桥 目前，桥梁界一致公认，惟有采用斜拉桥和悬索桥，才能解决跨径超过200米以上的技术难题。而在200米到1000米的大跨度桥梁建设中，斜拉桥则占据主流。斜拉桥一般由索塔、主梁、斜拉索组成。选择不同的结构外形

7、和材料，可以组合成多姿多彩的桥型。目前，在国外和我国已经建成的斜拉桥中，索塔形式大体有A形、倒Y形、H形、独柱等，材料选择有钢结构和混凝土两种。斜拉索有单索面、平行双索面、斜索面等。作为一种拉索桥梁体系，斜拉桥比梁式桥有更大的跨越能力，由于不需要悬索桥那样巨大的锚碇，因此，它是桥梁建设中，最有效利用力学性能解决大跨度难题的经济、美观的首选桥型。4.我国能否保持技术领先 据统计，在目前我国已建成的100多座斜拉桥中，主跨大于400米的就有20座，而这些斜拉桥绝大部分是近10年来建造的。我国在斜拉桥的建造中，十分注重吸收发达国家的先进经验，并开创性地形成了本民族自己的风格，在诸多技术指标上获得了一系列重大突破。2001年建成的世界第三大跨度斜拉桥南京长江二桥，属钢箱梁斜拉桥，桥索塔采用倒Y形，塔高195.4米，通航净高24米，拉索为平行钢丝索。同年建成的名列世界第五大跨度的福建青州闽江结合梁斜拉桥，是我国采用钢混结合梁跨度最大的斜拉桥。经桥梁专家鉴定它们都居斜拉桥国际领先水平。目前正在建设的江苏苏通斜拉大桥，为目前在建的世界第一大跨度斜拉桥，也是世界上连续长度最大的双塔双索面斜拉桥。该桥设

8、计主跨径达1088米，比目前世界上最大跨径的日本多多罗大桥长200米左右，大桥主塔高298米，为世界第一高桥塔。我国正在筹划的几座跨海大桥，设计者也多选择斜拉桥，跨度则普遍都在1000米以上。我国的斜拉桥，正在向新型结构、大跨度、轻质、灵敏和美观国际化方向发展。我们有理由相信，未来中国的斜拉桥，必将在国际斜拉桥舞台上扮演举足轻重的角色。三、斜拉桥的结构体系1.孔跨布局1.1双塔三跨式双塔三跨式斜拉桥是一种最常见的孔跨布置方式，由于它的主跨跨径较大，一般适用于跨越较大的海峡、河流或山谷。在双塔三跨桥式中，边跨域主跨的比例非常重要。为了在视觉上十分清楚地表达主跨，边主跨之比一般应小于0.5.从手里上看，边主跨之比与斜拉桥的整体刚度、端锚索的应力变幅有着很大的关系。活载往往在边跨两端附近区域产生很大的正弯矩，导致梁体转动，伸缩缝易受损，可以通过加长边梁以形成引跨或设置辅助墩的方法予以解决。1.2独塔双跨式独塔双跨式也是斜拉桥一种常见的孔跨布置方式，由于它的主孔跨径一般比双塔三跨式的主孔跨径小，适用于中小河流和城市通道。1.3三塔四跨式和多塔多跨式很少有采用三塔四跨式和多塔多跨式的斜拉桥，多塔

9、多跨式中的中间塔顶没有端锚索来有效地限制它的定位，整体刚度不能满足要求。目前国内和国外已经建成的几座多塔多跨式的斜拉桥的构造措施主要有以下几种：（1）主塔采用A形塔和X形框架墩。（2）将两个双塔斜拉桥串联。（3）用铰将三座独塔斜拉桥串联。（4）中塔增设锚固斜缆。综合的结果也可以使体系的整体刚度有较大的提高。2.结构体系斜拉桥的结构体系，有以下几种不同的划分方式：（1）按照塔、梁、墩相互结合方式，可划分为漂浮体系、半漂浮体系、塔梁固结体系和钢构体系。（2）按照主梁的连续方式，有连续体系和T构体系等。（3）按照斜拉索的锚固方式，有自锚体系、部分地锚体系和地锚体系。（4）按照塔的高度不同，有常规斜拉桥和矮塔部分斜拉桥体系。3.索塔布置索塔是表达斜拉桥个性和视觉效果的主要结构建筑物，因而对索塔的美学设计应该给予足够的重视。索塔设计必须适合于拉锁的布置，传力应简单明确，在恒载的作用下，索塔应尽可能处于轴心受压的状态。索塔沿桥纵向的布置有单柱式、A字形、倒Y形等几种，单柱式主塔构造简单;A字形和倒Y形在顺桥向刚度大，有利于承受索塔两侧斜拉索的不平衡拉力;A字形还可以减少主梁再在索塔处的负弯矩。索塔横向的布置方式，可以分为独柱形、双柱型、门形或H形、A形、宝石形或倒Y形等。索塔纵横向布置均呈独柱形的索塔，仅适用于单索面斜拉桥。4.拉索布置4.1索面位置索面位置一般有三种类型，即单索面、竖向双索面和斜向双索面。从力学的角度上来看，采用单索面时，拉索对主梁抗扭不起作用，所以主梁应该采用抗扭强度较大的截面。单索面的优点是视野开阔。采用双索面时，作用于桥梁的扭矩可由拉索的轴力来抵抗，主梁可以采用较小抗扭强度的截面。斜向双索面对桥面梁体抵抗风力扭振特别有利。4.2索面形状索面的形状主要有以下几种：（1）辐射形布置的斜拉索沿着主梁为均匀分布，而在索塔上则集中在塔顶的一点，斜拉索的垂直分力对主梁的支承效果较大，节约拉索材料，但是塔顶的锚固点构造过于复杂。（2）竖琴形布置中的斜拉索呈平行排列，在索数较少的时候显得比较简洁，并可

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