斜拉桥的发展展望

黄坚

20090926210 09建工（2)班 斜拉桥

斜拉桥的简概

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。

构造原理

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，主要是我们脚下的主梁。索塔两侧是对称的斜拉索，通过斜拉索将索塔主梁连接在一起。现在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。 斜拉索数量再多，道理也是一样的。之所以要很多条，那是为了分散主梁给斜拉索的力而已。 斜拉桥历史

斜拉桥的发展，有着一段十分曲折而漫长的历程。18世纪下半叶，在西方的法国、德国、英国等国家都曾修建过一些用铁链或钢拉杆建成的斜拉桥。可是由于当时对桥梁结构的力学理论缺乏认识，拉索材料的强度不足，致使塌桥事故时有发生。因此在相当长的一段时间内，斜拉桥这一桥型就销声匿迹了。直至第二次世界大战后，在重建欧洲的年月中，为了寻求既经济又建造便捷的桥型，使几乎被遗忘的斜拉桥重新被重视起来。世界上第一座现代公路斜拉桥是1955年在瑞典建成的，主跨为182.6m的斯特罗姆海峡钢斜拉桥。 我国的斜拉桥发展

斜拉桥在60年代初传入我国后，上海和四川两地于1975年建成了粮作试验性的钢筋混凝土斜拉桥，即主跨分别为54m的新五桥和75.8m的云阳汤溪河桥。 我国进入改革开放后，交通发展的需要推动了大跨度斜拉桥的建设。1982年建成的跨度为220m的山东济南黄河桥可以认为是我国第一阶段学习建造斜拉桥的成功总结。截至目前为止，我国已建成斜拉桥100多座，是世界上修建斜拉桥最多的国家，其中跨径400米以上的有20多座，居世界之首。目前已建成苏通大桥主孔跨度达1088米，为世界第一跨径斜拉桥。可见我国在斜拉桥领域取得的成绩是多么的瞩目。 斜拉桥的分类

（1）按照交通功能分类：公路斜拉桥、铁路斜拉桥、人行斜拉桥、斜拉管道桥、斜拉渡槽、公铁两用桥等等。

（2）按照梁体材料分类：钢桥、混凝土桥、迭合桥梁、复合桥梁、组合桥梁。

（3）按照塔的数量分类：单塔、双塔、多塔。

（4）按照索面不知形式分类：索的布置，外面——单面索、双面索、多面索、空间索 面内——辐射型、竖琴型、扇形。

斜拉桥的发展趋势

目前斜拉桥正朝着结构多样化，轻型化的方向发展，主要体现在以下几个方面： （1）桥面轻型化。今年来，有拉索造价，桥面系重量减少，结构更趋于轻巧和柔美的方向发展。在特大跨度斜拉桥中更多地采用叠合梁，从而有效地减轻桥面系重量，提高了跨越能力。

（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，道“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。近年来多跨斜拉桥越来越多被采用。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：既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。

（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，因此需要考虑设置辅助索。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应用于斜拉桥上。 斜拉桥存在的问题 （1）计算模型的问题

由于斜拉桥是复杂的高次超静定结构，进行计算时首先必须解决的问题就是建立符合实际的计算模型，将实际的结构力学模型化。分析模型能否准确真实地描述实际结构的力学性能直接关系到计算结果的正确性。随着计算技术的发展，三维空间结构分析基本取代了平面杆系分析，并引入了弹性连接、索和支座等

有限元模型。对斜拉桥的计算模型问题，国内外已有一定程度的研究。目前对斜拉桥的各种分析研究，采用的桥面系模拟主要有脊梁式、双主梁式和三主梁式等，但是由于各自都存在着一定的局限性，分析结果存在着显著不同，一直颇有争议。因此，如何有效地对整个桥梁结构及结构细节、支座、连接等所具有的力学性能进行有限元模拟，一直没有找到一个满意的答案。 （2）非线性行为问题

由于大跨斜拉桥是柔性结构，即使在正常荷载下，往往也会产生较大位移，结构的几何形状发生显著的变化，整个结构表现出明显的几何非线性行为，概括起来有：拉索的垂度效应；梁柱的轴力和弯矩祸合效应；形状改变引起的大位移效应。国内外很多学者对斜拉桥的几何非线性行为进行过研究，但是由于斜拉桥结构的复杂性及分析方法的不同，研究结果还存在着一定差异，甚至截然相反。因此，斜拉桥的非线性分析还很不成熟，很多问题有待人们研究解决。 （3）抗震问题

目前，我国的铁路工程抗震设计规范和公路工程抗震设计规范都只适用于主跨在150 m以下的梁桥和拱桥，不适用于大跨度桥梁的抗震设计。国外绝大多数设计规范也只适用于中等跨径的普通桥梁，不适用于斜拉桥。关于斜拉桥的抗震设计，至今无专门的规范。

一方面是斜拉桥的数量和跨距的迅速增长，另一方面是地震曾破坏了大量的桥梁，然而还没有任何斜拉桥经历过强地震的考验，因此了解斜拉桥的地震反应意义重大。斜拉桥的地震反应分析是一项庞大而复杂的工作，不仅包括建立反映其实际力学性能的动力计算模型，而且还涉及到阻尼问题、地震动的输入问题和各种非线性问题。同时，斜拉桥具有空间性，跨度较大，地震波传播的过程中有相位差、相干损失和行波效应等，使得其地震反应呈现出独特性。斜拉桥形式多样，各种结构体系的抗震性能也有明显的差别，虽然国内外对斜拉桥的地震反应进行了广泛的研究，现在对斜拉桥的地震反应特性有了一定了解，但是研究结论还很不一致，受分析手段的限制，一些分析模型、分析方法不尽合理。 （4）抗风问题

由于斜拉桥是柔性结构，容易因风的动力影响而发生不稳定的振动。风给予桥梁结构一种时间、空间变化的作用，它随着流过桥梁结构周围的气流状态而变化，气流状态又随桥梁结构端面形状及风向角度而变化，风的动力影响会使得斜拉桥主梁、塔、索分别出现抖振、涡激振、驰振、颤振和祸合颤振现象。因此，除了风速和风向本身的变化外，桥梁结构的变形、振动又会使风相对于桥梁结构的速度和作用方向发生变化。虽然对斜拉桥的风振问题进行了大量研究，但是由于风本身的复杂性和斜拉桥结构的特殊性，风的动力影响和结构的反应两方面的行为性能目前还没有充分地认识清楚。 总结

斜拉桥虽然在我国的发展时间不长，但其遇到了我国改革开放这一个好契机。随着经济的发展，交通事业发展迅速，斜拉桥在中国得到了很大的应用。在斜拉桥领域，中国取得的成绩是辉煌的，在功能、外形美观、跨径上都处于世界领先水平。当然斜拉桥得到发展，最根本还是取决于其良好的性能。虽说还存在一些问题，但随着科技水平的发展，相信会得到解决。从现在斜拉桥的运用来看，性能不断改善，用途不断扩大，其发展的前景是非常乐观的。 参考文献

[1]http://baike.baidu.com/view/137408.htm

[2]http://wenku.baidu.com/view/eab7241fa76e58fafab00355.html [3]http://wenku.baidu.com/view/29a94ed380eb6294dd886cbe.html