斜拉橋梁簡介及發(fā)展趨勢

1、大跨度橋梁斜拉橋?qū)?業(yè)：巖土與地下工程班 級： 10-1班姓 名： 盧雪東學 號： 20101792斜 拉 橋斜拉橋又稱斜張橋，是將主梁用許多拉索直接拉在橋塔上的一種橋梁，是由承壓的塔、受拉的索和承彎的梁體組合起來的一種結構體系。斜拉橋由索塔、主梁、斜拉索組成。索塔主要是承壓，斜拉索受拉，梁體主要承受彎矩，外荷載主要由主梁和斜拉索承受，并由斜拉索將受力傳遞給索塔。主梁由一根根拉索拉起，等于在梁內(nèi)設置了許多支撐點，可以將其看作由拉索代替支墩的多跨彈性支承連續(xù)梁，這種結構能夠非常有效的減小梁體內(nèi)彎矩，從而降低主梁的高度，減輕結構重量，節(jié)省建筑材料，有利于斜拉橋向大跨度方向發(fā)展。主梁常見的截面形式有

2、：板式截面和箱形截面。主梁截面選取主要由斜拉索的布置形式和抗風穩(wěn)定性情況所決定。板式截面的主梁構造簡單，施工方便，一般適用于雙索面斜拉橋。箱形截面梁有抗彎、抗扭剛度大、收縮變形較小等特點，能適應許多不同形式的拉索布置，對懸臂施工非常有利，而且可以部分預制、部分現(xiàn)場澆筑，為施工方案提供了多種選擇，因此箱形截面主梁逐漸成為現(xiàn)代斜拉橋中經(jīng)常采用的形式。另外，主梁按材料可以分為：預應力混凝土梁、剛混凝土組合梁、鋼主梁和混合式梁斜拉橋相對懸索橋有較大的剛度，在抵抗風載、地震、豎向活載的作用方面有優(yōu)勢斜拉橋作為一種拉索體系，比梁式橋的跨越能力更大，是大跨度橋梁的最主要橋型，也是我國大跨徑橋梁最流行的一種橋

3、型。目前為止我國建成或正在施工的斜拉橋共有30余座，僅次于德國、日本，而居世界第三位。而大跨徑混凝土斜拉橋的數(shù)量已居世界第一。按照交通功能分類 根據(jù)橋梁建造的使用目的，可以分為公路斜拉橋，鐵路斜拉橋，人行斜拉橋，斜拉管道橋，斜拉渡槽等，有時在一座橋上這些功能是兼而有之的，如公鐵兩用橋，現(xiàn)在越來越多的斜拉橋都同時通行管道（輸送水。液化氣。電纜等） ；按照梁體材料分類 有鋼橋、混凝土橋、迭合梁橋。復合梁橋、組合梁橋 ；按照塔的數(shù)量分類 有單塔、雙塔、多塔 ；按照索面不知形式分類 索的布置：面外單面索、雙面索、多面索、空間索，單索面應用較少，因為采用單索面是拉索對結構抗扭不起作用，主梁需要采用抗扭剛

4、度大的截面。采用雙索面時，拉索的軸力可以抵抗較大的扭矩，所以主梁可以采用抗扭剛度較小的截面，而且雙索面對橋體抵抗風力扭振非常有利，因此雙索面在大跨度斜拉橋中已經(jīng)成為主要的形式；按照主梁和塔的連接形式分類 有懸浮體系，半懸浮體系，塔梁固結體系，剛構體系等。斜拉橋的主要特征據(jù)資料反映已存在于l 8世紀和l9世紀的設計中，所以這種結構體系并不是20世紀的發(fā)明，雖然我們將它發(fā)展起來，但這種結構體系的濫觴，我們應追溯到更早的時期。老撾和印度尼西亞的爪哇島上很早就有原始的竹制斜拉橋，古埃及的海船上也出現(xiàn)過用繩索斜拉的工作天橋等等，這些結構中所具有的斜拉橋特征已明晰可見。（二）斜拉橋的發(fā)展歷史 斜拉橋的發(fā)展

5、歷史悠久，1617年，威尼斯建筑大師福斯圖斯·費 爾安蒂翁斯在達爾瑪提亞出版的一部著作中發(fā)現(xiàn)了第一座用斜拉索吊拉的橋梁，近似于懸索橋和斜拉橋的混合結構。1784年，德國人伊曼努爾·勒舍爾(Loseher)設計了一種木制的懸?guī)ЫY構，它已經(jīng)具備了斜拉橋“自身錨固”的所有特征。1817年，英國人雷德帕斯(Redpath)和布朗(Brow）建造了皇家草場橋，該橋跨徑約為33米，它用斜向拉桿連接在鑄鐵的塔架上。1824年，在德國的尼恩堡(Nienbm'g)建造跨越薩勒河的斜鏈條橋，跨徑78米。1873年，·英國泰晤士河上修建了以斜拉為主的艾爾伯特(Albert)橋。

6、1926年，由西班牙工程師托羅加(Totojr)設計，修建于西班牙古爾達勒特(Guadalete)河上的第一座鋼筋混凝土斜拉結構騰普爾(Temp)渡槽，是引人注目的結構物，它的中孔為573米，設有兩個鉸結構。在以上二、三十年的時間里，斜拉橋經(jīng)歷了個由纜索懸吊體系到懸吊斜拉混合體系再到單純斜拉自錨體系的發(fā)展過程。這個時期斜拉橋發(fā)展非常緩慢，主要因當時沒有高強材料，斜拉索易于松弛，對復雜的超靜定結構缺乏計算分析手段，往往這類結構建成不久就因整個體系松弛，造成很大變形和破壞，導致事故的發(fā)生。如1824年修建的跨越薩勒河的斜拉鏈條橋，在1 825年由于一次火炬游行而致垮塌，造成5O人喪生的悲劇。還有1

7、9世紀20年代，納維葉(Navier)作了斜拉結構破壞原因的分析并得出結論，其結論之一就是吊橋優(yōu)于斜拉橋。這些都對斜拉橋的發(fā)展起了阻礙作用，在以后的一段時間里，斜拉橋的修建很少，它的發(fā)展基本上處于停滯狀態(tài)。 第二次世界大戰(zhàn)以后，由于鋼材的短缺，促使人們對橋型做重新的思考和研究。德國人狄辛格爾(F·Disehinger)首先認識到了斜拉橋結構體系的優(yōu)越性，并大力加以提倡，他在1949年，發(fā)表了對斜拉橋結構研究的成果，這對德國乃至整個世界的橋梁界都有觸動。他指出對斜拉索必須施加足夠的應力來消除長索自重垂度帶來的柔度影響，借以使梁體的變形保持在較低的水平上。1955年建成了世界上第一座現(xiàn)代

8、化的斜拉橋斯特羅姆桑特(Stromsund)橋，該橋是德國一家鋼結構公司在瑞典建成的。時隔不久，在德國建造了兩座大跨度的鋼斜拉橋，它們是杜塞爾多夫(Dusseldorf)北橋和科隆的塞維林(Severin)橋，鞏固了現(xiàn)代斜拉橋的地位。值得一提的是，這兩座橋的主梁是使用了正交異性鋼橋面板的鋼箱梁，后者還是世界上第一座非對稱式鋼斜拉橋。1957年第一座混凝土斜拉橋出現(xiàn)了，但跨徑僅為1753米+519米+1753米，它可以看作是5年后建成的馬拉開波(Maracaibo)橋的試驗橋，以次為起點，揭開了混凝土斜拉橋建設的序幕。1962年在委內(nèi)瑞拉建成的馬拉開波(Maracaibo)橋是一座大型的橋梁，全

9、長885公里，其中混凝土斜拉橋部分為160米+5 x 236米+160米。同時，60年代還修建了法國的東茲爾(Donzere)斜拉橋，前蘇聯(lián)基輔的第聶伯爾(Dnjper)斜拉橋，以及意大利羅馬的馬格里那(M=suaIla)斜拉橋。 進入20世紀70年代后，預應力混凝土斜拉橋大量興起，如1977年法國建成的普魯東(Brotonne)橋，西班牙修建了Luna斜拉橋等。到了90年代，斜拉橋的跨度不斷被創(chuàng)新，如挪威的斯卡恩圣特(Skamsundet)橋、日本的名港東、名港中央和名港西大橋、法國的諾謾底橋、日本的多多羅大橋，等等。 大跨徑橋梁建設反映了一個國家的綜合實力和科學技術的發(fā)展水平。近百年來。特

10、別是本世紀30年代以來，世界上大跨徑橋梁建設發(fā)展十分迅速。不同橋型大跨徑橋梁的發(fā)展，日益被各國橋梁界人士所關注。我國進入90年代以來，出現(xiàn)了建造大跨徑橋梁的高潮。進入21世紀的中國必將迎來更大規(guī)模的大跨徑橋梁建設時期。隨著我國城市建設和高等級公路、道路建設的發(fā)展，修建大跨徑城市橋梁也將成為必然的趨勢。我國的斜拉橋的建設和發(fā)展也很迅速。根據(jù)我國的國情和特點，斜拉橋以預應力混凝土斜拉橋和疊合型斜拉橋為主，日本和德國經(jīng)濟實力雄厚，均為鋼鐵大國，修建的斜拉橋以鋼斜拉橋為主。鋼斜拉橋由于質(zhì)量輕，施工節(jié)段長，跨越能力大，在早期斜拉橋的建設中得到廣泛應用。但價格昂貴，維修養(yǎng)護工作量大。 美國和我國一直是以混

11、凝土斜拉橋為主。美國不采用鋼斜拉橋的原因是因為鋼焊接工作量大，需較多的勞動力，且養(yǎng)護工作量大，無法與混凝土斜拉橋競爭。而我國鋼材較少，且價格貴，修建混凝土斜拉橋有更大的優(yōu)勢。在我國，現(xiàn)代化的斜拉橋是在進入70年代后才開始修建的。1975年和1976年分別修建了兩座試驗橋，即四川的云陽橋和上海松江的新五橋，主跨分別為76米和54米，1980年在廣西建成了我國第一座鐵路預應力混凝土斜拉橋紅水河鐵路橋。從此我國的斜拉橋建設進入快速發(fā)展階段，1993年上海揚浦大橋的建成，標志著我國斜拉橋的建設水平已擠身世界前列，南京長江二橋南汊大橋，它的主跨是628米，是目前國內(nèi)建成的跨度最大的鋼箱梁斜拉橋。截至到目

12、前，我國已建跨徑大于200m的各類斜拉橋近47座，跨徑超過400m的斜拉橋18座。設計中的香港昂船洲橋主跨l018m，蘇通長江大橋主跨1088m，令斜拉橋的跨徑突破千米，據(jù)國內(nèi)學者的統(tǒng)計，世界各國現(xiàn)在已建成的各類斜拉橋大約300多座。在僅三、四十年的時間內(nèi)，這種型式的橋梁能形成如此大的發(fā)展規(guī)模，在技術方面這主要有計算機技術的飛速發(fā)展、超靜定結構分析理論的不斷完善，使得計算手段不斷更新、水平日益提高；正交異性板的設計計算及制造技術的日趨成熟，預應力混凝土的興起和發(fā)展，高強度纜索材料制造工藝的發(fā)展、防腐能力的提高，錨固方式以及高疲勞性能錨具的研究和開發(fā)；模型試驗技術水平及試驗能力的提高，以及以懸臂

13、架設方法為主的施工技術的開發(fā)和完善等方面的原因。另外斜拉橋在它的經(jīng)濟性、剛度、抗風穩(wěn)定性以及架設方法方面，在200m一600m跨度范圍內(nèi)都有一定的競爭優(yōu)越性。 目前，密索斜拉橋已取代稀索斜拉橋，對于主梁來說，混凝土斜拉橋多采用雙邊主梁的形式，鋼斜拉橋多采用流線型扁平箱梁；主塔大都采用混凝土結構，大跨度的橋塔多采用倒“Y”型或鉆石型；種類趨于多樣化，出現(xiàn)了被嚴國敏先生稱為花色斜拉橋的結構型式。另外也出現(xiàn)了復合材料用于斜拉橋的修建，如我國重慶交通學院于1986年用玻璃纖維增強塑料fdt梁建造的人行斜拉橋。 （三）世界著名斜拉橋：（1）蘇通大橋：蘇通大橋位于江蘇省東部的南通市和蘇州（常熟）市之間，西

14、距江陰大橋82公里，東距長江入?？?08公里，是交通部規(guī)劃的國家高速公路沈陽至?？谕ǖ篮徒K省公路主骨架的重要組成部分。路線全長32.4公里，主要由跨江大橋和南、北岸接線三部分組成。其中跨江大橋長8146米，北接線長約15.1公里，南接線長約9.2公里。跨江大橋由主跨1088米雙塔斜拉橋及輔橋和引橋組成。主橋主孔通航凈空高62米，寬891米，滿足5萬噸級集裝箱貨輪和4.8萬噸級船隊通航需要。工程于2003年6月27日開工，于2008年6月30日建成通車。（2）昂船洲大橋：昂船洲大橋位于香港，是全球第二長的雙塔斜拉橋。大橋主跨長1018米，連引道全長為1596米。是本港首座位處市區(qū)環(huán)境的長跨距吊

15、橋，在香港島和九龍半島都可以望到這座雄偉的建設。大橋?qū)儆?號干線的一部份，跨越藍巴勒海峽，將葵涌和青衣島的8號和9號貨柜碼頭連接起來。（3）米約高架橋：米約大橋(Millau bridge)因坐落在法國西南的米約市而得名，它是斜拉索式的長橋。它是目前世界上第二高的大橋，（目前最高的大橋是中國湖北的滬蓉西四渡河特大橋，橋面與峽谷谷底高差達560米）橋面與地面最底處垂直距離達270米。（4）多多羅大橋：多多羅大橋位于日本的本州島和四國島的聯(lián)絡線上，主梁采用鋼箱梁，是當時世界上主跨最長的超大型斜拉橋。這座全長1480m，主跨890m的斜拉橋像一條巨大的龍，將橫跨美麗的瀨戶內(nèi)海，并將本州的廣島市和四國

16、的松山市的公路交通連接起來。（5）安蒂里翁橋：它不僅僅是世界上最長的斜拉橋橋面直接用懸索吊在龍門架上，而且還是世界上技術最先進的橋梁之一。在一個世紀之前意大利人就提出了修建這樣一座大橋的計劃，但是由于技術的原因，直到今年這個計劃才得以實現(xiàn)?？屏炙购车乃畛^了60米，而且?guī)r床位于海灣下面松軟的泥土的深處這些都是修建大橋的阻礙因素。為此，工程師們在橋墩下面的泥土中打入了大量的鋼管來對這些泥土進行強化，這些巨大的鋼管可以在地 震發(fā)生時將海床連接成一個整體過去的40年中，在科林斯海灣附近有7次地 震的震級都超過了里氏6級。為了進一步提高大橋的抗震能力，設計者們讓橋面像鐘擺一樣懸掛在龍門架上，并在橋

17、面底部安裝了阻尼器以減弱地 震時橋面的晃動。這些設計使得里永-安蒂里永大橋能抵抗住速度超過240千米/小時的大風、里氏7.5級的地 震和18萬噸的油輪以18節(jié)航速的撞擊。諾曼底大橋：（6）諾曼底大橋，由M.Virlogeux設計，建于1994年。它是一座與當?shù)鼐坝^完美協(xié)調(diào)的斜拉橋，以其細長的結構和典雅的造型而著稱。諾曼底大橋被授予“20世紀世界最美的橋梁”。橋梁作為交通運輸?shù)囊徊糠?，給我們帶來了極大的便利，突出體現(xiàn)了其實用價值，同時橋梁不同造型還能帶給我們不同的美觀感受，激發(fā)了人們的廣泛關注和欣賞的熱情。斜拉橋具有輕巧簡潔、連續(xù)流暢和強勁力感等特點，顯示出了巨大的藝術魅力。 斜拉橋設計中必須注

18、意必須注意橋體與環(huán)境的和諧統(tǒng)一。斜拉橋由高聳挺拔的索塔、排列有致的拉索、筆直延伸的主梁組合而成，無形中給人一種氣勢磅礴，蒼勁有力的美感。設計中要學會根據(jù)環(huán)境合理選擇橋體的顏色，主塔的布置位置等，將橋梁的特色美融入環(huán)境中。 斜拉橋在結構上要比例協(xié)調(diào)并且穩(wěn)定均衡。要合理設計斜拉橋的高跨比和索塔的布置形式，在安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟的基礎上追求美觀。布置勻稱合理的斜拉索能把主塔挺拔高聳的輪廓和主梁平直延伸的線條緊密聯(lián)系為一體，從而體現(xiàn)出結構的協(xié)調(diào)美和曲折美。不同的塔身會給人以不同的視覺享受，獨柱式和A字式給人以高聳如云，巍峨獨立的氣勢美；寶石形和倒Y形配合斜拉索的線條給人以韻律美。（四）斜拉橋的發(fā)展趨勢：1

19、、跨徑繼續(xù)增大斜拉橋跨徑繼續(xù)增大的主要制約因素是主梁所能承受的壓力，就目前可采用的材料強度看，其極限跨徑可達到1800m2100m。斜拉橋在中等跨徑橋梁中頗具競爭力在于可采用更為創(chuàng)新和經(jīng)濟的設計方案，可激發(fā)設計者無窮的想象力。 2、多跨(多塔)斜拉橋 多塔斜拉橋以其新穎、美觀的結構形式，近年來被越來越多地采用，如早期的委內(nèi)瑞拉馬拉開波橋為6塔斜拉橋，近年我國修建的香港汀九大橋和岳陽洞庭湖大橋均為3塔斜拉橋。多塔斜拉橋的主要問題是由于中間塔沒有端錨索來約束其塔頂位移，導致其比一般斜拉橋的 柔性更大。采用這種橋式的首要問題是必須采用提高結構整體剛度的技術措施和方法，如塔頂對拉索、斜拉索交叉布置、增

20、大中間塔的剛度等措施。 3、部分斜拉橋 部分斜拉橋是介于連續(xù)梁橋和斜拉橋之間的一種橋型，它是靠梁的受彎、受壓和索的受拉來承受荷載，因此可通過改變梁的剛度來實現(xiàn)荷載在梁、索間的不同分配比例，以強化或弱化斜拉索的作用，設計自由度很大。部分斜拉橋具有一些顯著特點，如塔高較矮、主梁剛度大、斜拉索布置較集中、邊中跨比例更接近連續(xù)梁等。部分斜拉橋的斜拉索應力變化幅度小，可采用較高的容許應力，如般斜拉橋設計計算中索的容許應力僅取鋼絲標準抗拉強度的40，安全系數(shù)為25，而部分斜拉橋計算中索的容許應力與一般梁體內(nèi)的預應力束相同，可取為鋼絲抗拉強度的60，安全系數(shù)為17。部分斜拉橋的結構整體剛度大，變形小，尤其適用于荷載大、標準高的鐵路橋梁。 4、結構分析方面 在大跨度斜拉橋的結構分析中，必須考慮由于初始內(nèi)力存在引起的內(nèi)力增大，從而帶來穩(wěn)定安全系數(shù)降低的問題。同時，在結構強度分析及穩(wěn)定性分析中還必須考慮非線性、施工過程等因素的影