斜拉桥的结构形式、原理及发展

斜拉桥的结构形式、原理及发展斜拉桥又称斜张桥，是将主梁用许多拉索直接拉在桥塔上的一种桥梁，是由承压的塔、受拉的索和承弯的梁体组合起来的一种结构体系。其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。一、结构斜拉桥(cablestayedbridge)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。第一座现代斜拉桥是1955年德国DEMAG公司在瑞典修建的主跨为182.6米的斯特伦松德（Stromsund）桥。目前世界上建成的最大跨径的斜拉桥为俄罗斯的俄罗斯岛大桥，主跨径为1104米,于2012年7月完工。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。斜拉桥是一种自锚式体系，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。2013年已建成的斜拉桥有独塔、双塔和三塔式。以钢筋混凝土塔为主。塔型有H形、倒Y形、A形、钻石形等。斜拉索仍以传统的平行镀锌钢丝、冷铸锚头为主。钢绞线斜拉索在汕头石大桥采用。钢绞线用于斜拉索，无疑使施工操作简单化，但外包PE的工艺还有待研究。斜拉桥的钢索一般采用自锚体系。开始出现自锚和部分地锚相结合的斜拉桥，如西班牙的鲁纳（Luna）桥，主桥440m；我国湖北郧县桥，主跨414m。地锚体系把悬索桥的地锚特点融于斜拉桥中，可以使斜拉桥的跨径布置更能结合地形条件，灵活多样，节省费用。斜拉桥的施工方法：混凝土斜拉桥主要采用悬臂浇筑和预制拼装；钢箱和混合梁斜位桥的钢箱采用正交异性板，工厂焊接成段，现场吊装架设。钢箱与钢箱的连接，一是螺栓，二是全焊，三是栓焊结合。一般说，斜拉桥跨径300～1000m是合适的，在这一跨径范围，斜拉桥与悬索桥相比，斜拉桥有较明显优势。德国著名桥梁专家F.leonhardt认为，即使跨径1400m的斜拉桥也比同等跨径悬索桥的高强钢丝节省二分之一，其造价低30%左右。斜拉桥发展趋势：跨径会超过1000m；结构类型多样化、轻型化；加强斜拉索防腐保护的研究；注意索力调整、施工观测与控制及斜拉桥动力问题的研究。二、原理桥承受的主要荷载并非它上面的汽车或者火车，而是其自重，主要是主梁。以一个索塔为例，索塔的两侧是对称的斜拉索，通过斜拉索将索塔主梁连接在一起。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。三、发展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。如武汉长江二桥、白沙洲长江大桥均为钢筋混凝土双塔双索面斜拉桥。现代斜拉桥可以追溯到1956年瑞典建成的斯特伦松德桥，主跨182．6米。历经半个世纪，斜拉桥技术得到空前发展，世界上已建成的主跨在200米以上的斜拉桥有200余座，其中跨径大于400米的有40余座。尤其20世纪90年代后，世界上建成的著名斜拉桥有：法国诺曼底斜拉桥（主跨856米），南京长江二桥南汊桥钢箱梁斜拉桥（主跨628米），以及1999年日本建成的当时世界最大跨度的多多罗大桥（主跨890米）。中国至今已建成各种类型的斜拉桥100多座，其中有52座跨径大于200米。20世纪80年代末，我国在总结加拿大安那西斯桥的经验基础上，1991年建成了上海南浦大桥（主跨为423米的结合梁斜拉桥），开创了中国修建400米以上大跨度斜拉桥的先河。我国已成为拥有斜拉桥最多的国家。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、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；武汉白沙洲长江大桥，主跨618m，武汉二七长江大桥为三塔斜拉桥，两个主跨均为616m。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。武汉杨泗港长江大桥主跨将达1700米。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。