斜拉桥发展史及现状综述

1、从斜拉桥看桥梁技术的发展:马哲昊班级：1403专业：建筑与土木工程学号：6摘要：介绍了国外斜拉桥的发展历史综述了现今斜拉桥发展的现状并分析了 斜拉桥的结构形式和布置形式及其经济效益，并简述了其中的桥梁技术，对 今后斜 拉桥的发展做出展望0尖键词：斜拉桥；发展史；现状；展望Abstract : the paper introduces the domestic and foreign in recent decades history of Cable-stayed bridge the paper summarized the The structure of cable-stayed bri

2、dge and the Economic benefits and Introduced the technology of it.the direction of further research in the future was put forward Key words: Cable-stayed bridge ； Review J Looking forward to1斜拉桥的发展11斜拉桥的历史斜拉桥是一种古老而年轻的桥型结构。早在数百年前，斜拉桥的设想和实践就 已经开始出现，例如在亚洲的老挝，爪哇都发现过用藤条和竹子架设的斜 拉结构人 行桥。在古代，世界各地也都出现过通行人、马等

3、轻型荷载的斜拉结构桥梁在18世 纪，德国人就曾提出过木质斜桥的方案，1817年英国架成了一座跨径为34m的人行 木质斜桥，该桥的桥塔采用铸铁制造，拉索则采用了钢丝。以后在欧洲的很多国家 都先后出现了一些斜拉桥，如1824年，英国在Nienburg修建了一座跨径为78m的斜 拉桥，拉索采用了铁链条和铸铁杆，后来由于承载能力不足而垮塌。1818年，英国 一座跨越特威德河的人行桥也毁于风振。现在看来，这些桥梁的垮塌主要是由于当 时工业水平的限制、对斜拉桥这样高次超静定结构体系缺乏理论分析方法和技术手 段以及桥梁结构构造存在缺陷。世界上第一座现代化的大跨径斜拉桥谑生于1955 年,在第二次世界大 战结

4、束后,Dischinger在瑞典设计建成了 Stromsund桥。该桥 主跨182.6m,全桥采用斜拉式结构，主梁为钢板梁，中间用横梁连接，双塔式，每塔 只用了两对髙强钢丝拉索，梁上索距35m左右，梁髙3. 25m为跨径的1/56,塔高 2加为跨径的1/6. 5。这座桥在现代的观点来看虽然在细节上存在着一些不足，如桥 面采用的分离的混凝土梁，索塔的造型缺乏美感等，但在桥梁结构上却开创了一个 新的纪元，创造出了一新的桥梁体系，且这种桥梁结构拥有着诸多优点： 用少量拉索取代了深水桥墩，不但节省了费用、降低了施工难度，而且 有效 的提高了桥梁的跨越能力，利于通航和排洪。 拉索作为主梁的中间弹性支承，

5、使得在桥梁跨径增大的同时，主梁的梁高却 可以减小，从而使主梁本身以梁以及段引桥的造价得以降低。 拉索自锚固于主梁上，梁身能够得到免费的预压应力，在很多情况下，尤其 对于中等跨径桥梁是有利的，和悬索桥相比还可以节省庞大而昂贵的地锚。 拉索和索塔、主梁组成了多个三角形结构，稳定性高，刚度大。静、动力性 能都良好。 整体结构新颖，造型美观。斜拉桥这种新桥型的的出现，以其先进的技术，经济的造价、美观的外形，很快 的得到了社会的认同，并在许多国家得到了推广，从Stromsund桥建成后的第二年 起，诸多有名的斜拉桥相继谨生，且发展的速度很快，平均每年就能完一座斜拉桥 的修建。早期的斜拉桥结构大多采用当时

6、盛行的轻型钢结构正交异性桥面板，各桥 不仅在形式上不尽相同，各具特色，而且技术构思上也互有区别。在这个过程中， 斜拉桥在世界各地也逐渐广泛流行起来。12国外斜拉桥的发展从全世界的围来看，20世纪中期，由于结构分析技术的进步、髙强材料和新施 工方法的应用以及防腐技术的发展，推动了大跨径斜拉桥的发展。从20世纪70年 代开始，斜拉桥开始进入高速发展的阶段，直到20世纪90年代，斜拉的跨径已经 进入以前悬索桥适应的特大跨径围，建造的数量也越来越多。斜拉桥的跨径的世界 记录是斜拉桥发展的重要标志。斜拉桥的跨径记录在上世纪70年代到80年代缓慢 发展，从90年代开始 跨径记录则不断被刷新(表 1. 1)

7、。姦L.1斜枝桥世畀纪录Taible 11 World Record of Cable：Stayed Biid”国案完成年份.,m 1Straeiimuid 桥19551S32杆趁尔多夫北桥19572603隆 S ereiin fft德国19593024朴那尔多犬Km桥19693205DuiALuig一IT eiieiikAmp 19703506SaintITazaiie法国19754047LuiuL9S4440S安螂两厉桥加歎大L9S64659Skiuiuniidet 桥199153010杨浦大桥中国199360211诺曼底桥法国1994S5612多多烫桥H水1999S90从全世界第一座建成

8、的斜拉桥一瑞典St roemsund桥(74. 7m+183 Om+74. 7m)开始，欧洲国家开始出现了 一系列稀索结构的钢 斜拉 桥。1957年德国建成的杜塞尔多夫北桥，跨径组成为108m+260m+108ni,主梁为钢结 构，高度3. 12m ；钢塔高41m,横向不设置横梁；拉索呈竖琴形布置，索距为36mo 1959年德国克隆建成的Severin桥，主跨302m,首次采用形主塔，结合斜索面， 首次采用主梁漂浮体系，也是首座非对称、独塔双跨斜拉桥。1962年在委瑞拉建成 了的马拉 开波桥是世界上第一座混凝土斜拉桥，该桥由意大利Mor and 1 J设计，主 跨跨径为235叽主梁为带挂孔的悬

9、臂体系。20世纪60年代开始，随着计算机技术的 广泛应用，密索体系的斜拉桥开始出现，解决了过去稀索体系斜拉桥存在的主梁重 且配筋多的缺陷。1967年德国波恩建成的弗瑞德里西一埃伯特桥是单索面密索体系 斜拉桥，主跨280叽该体系的优点还包括锚固点的集中力较小，易于悬臂施工，为期 后修建的斜拉桥作出了典。在密索体系出现后，主梁支撑间距缩短，主梁的高度得 以降低，主梁的柔薄化成为了斜拉桥发展的新趋势。特别是对于混凝土主梁而言， 梁髙的减小对于恒载的降低有尤其重要的意义，例如：1985年建成的美国East Huntington桥，独塔主跨274.32m,梁板式主梁髙1.52m,高跨比为1/180。19

10、88年建 成 的美国Dame Point桥，双塔主跨396.24m,主梁髙1.524m,高跨比为1/260。1991 年建成的挪威Skarnsundet桥，双塔主跨530m,主梁高2.15m,高跨比 为1/274。可以 看出，斜拉桥主梁的柔薄化，使得髙跨比视跨径大小、主梁材料、结构形式等在 1/1501/300之间变化，甚至可以更低。上世纪末，斜拉桥的发展向着大跨径和特 大跨径不断进军。法国1994年修建的跨径为856m的诺曼底大桥和日本1998年修建 的跨径为890m的多多罗大桥标志着斜拉桥进入了特大跨径领域。斜拉桥的复兴与辉 煌也被认为是20世纪下半叶桥梁界最重要的事13国斜拉桥的发展斜拉

11、桥在我国的发展起步较晚但发展速度很快。我国第一座斜拉桥为1975年交 通部科学研究所设计和指导施工的云阳桥。由于尚处”文革”时期，各方面条件受 限，该桥是在一座人行吊桥的桥墩和桥塔基础上改建而成的试验桥，桥宽仅能维持 单车道3. 75叽主跨跨径75.84叽 虽然该桥在结构和外形等方面 存在一定不足，但 云阳桥的成功修建为我国斜拉桥的进一步发展提供了宝贵了的经验。19751985年 是我国斜拉桥的起步阶段，在这期间，我国共修建了各式的混凝土斜拉桥15座，以 1980年修建的主跨为128m的三台涪江桥和1982年建成的主跨220m的黄河斜拉桥为 代表。这标志着我国已基本掌握大跨度斜拉桥设计与施工技

12、术。1985年后，随着国 家经济建设和公路交通的发展，我国的斜拉桥建设进入髙速发展阶段。尤其在1990 年以后，全国各地大规模修建髙速公路和改渡为桥，迎来了公路建设的第二个春 天。临江、城市对跨江河交通的迫切需求，使得跨径适用围广、外形美观且具有现 代感的斜拉桥成为我国跨江、跨河桥型的首选。在这期间，我国斜拉桥修建数量迅 速增加。据不 完全统计，我国19861990五年间造成斜拉桥33座，19911995五 年间建成43座19962000五年间建成33座（图1. 1）。图1.1我国斜拉桥的发展Figure LI C ( bleBlodge D velopnient of CaxahiI III

13、) E V?m山-itnSCO I6!J; w sI s】no?IJcogJCO200oo0如今，我国的斜拉桥发展取得了巨大的成就，主要表现在以下方面： 我国已经成为世界上修建斜拉桥数目最多的国家。目前我国共修建斜拉桥 200多座，约为全世界斜拉桥总数的1/3。 我国的斜拉桥遍布全国，形式多样。在这些桥中有50m以下的小 跨径斜拉 桥，也有跨径1000米以上的特大跨径斜拉桥；有独塔、双塔、三塔、多塔、斜低 塔、高低塔等各种塔形；有混凝土梁、钢梁、组合梁、混合梁等各种材料的梁型； 有平行索、钢绞线索、刚性索等各种索性和相尖锚具，在结构上，我国还创新了一 些斜拉桥的结构形式和采用了一些新的材料。

14、我国大跨径斜拉桥居于世界前列。一般认为，跨径是衡量桥梁建设水平的一 个重要尺度。目前在世界目前排名前十位的大跨度斜拉桥中，除日本的多多罗大桥 和法国的诺曼底大桥外，其余8座打垮度斜拉桥全部在中国(表12) o其中， 2008年建成的通长江公路大桥，主跨为1088米，是当今世界跨径最大斜拉桥。以上 充分表明，中国的斜拉桥建设水平已经跨入了世界先进行列。抗震不利。并且容易导致伸缩缝处的跳车现象，而且也增加了施工及其养护的的困 难。因此非连续结构形式很少采用。2. 3斜拉桥总体布置形式斜拉桥目前最常见的立面布置形式为：双塔三跨式和独塔两跨式。从目前的资 料统计来看，国双塔三跨式斜拉桥以对称式最为普遍

15、。双塔三跨式斜拉桥，其具体 布置形式又可分为：（1）用主孔整跨跨越河流，将两个桥塔设在岸边，两个边跨设 在岸上。（2）两个桥塔设在河道中，用三孔来跨越整个河道或主航道。独塔双跨式 斜拉桥一般采用非对称形式（双跨不等跨，边跨为锚 固孔），适用于跨越中小型河 流及城市立交。依据目前国资料的统计，它的主孔跨径在70 nT160 m之间。独塔双 跨式斜拉桥，由于边跨可以处理成锚固 孔，即将边跨最外索直接锚固在支座上形成 端索，有效地限制塔顶的侧移，将 主跨的荷载传到支座上。同时端索在恒载作用下 储备足够的初始索力，减小了索自重引起的垂度对轴向刚度的影响，起到了提高结 构整体刚度的作用。采用非对称布置形

16、式，使得构件整体上以受轴向力为主，充分 发挥斜拉桥的 优势，是一种经济合理的做法。采用独塔双跨式布置形式，有两种做 法：第一种采用两跨跨越河道，将桥塔置于河道中；第二种采用主跨跨越河道或主 航道，将桥塔及边跨设在河流的一岸在斜拉桥总体布置中，有两个主要的技术问题 需要妥善处理。2.4主梁截面形式钢梁的截面形式与斜索的空间布置形式有矢。对于双索面，钢梁截面形式分为 以下五种：（1）双工字形边主梁，两主梁之间用多道横梁和桥面板连结。（2）单 箱单室箱梁，箱室有加劲斜撑。（3）双箱单室边箱梁，两箱之间用多道横梁及桥 面板连结。（4）单箱多室箱梁。（5）流线型扁平箱梁。对于单索面，钢梁截面形式基本上为

17、以下两种：（1）单箱单室或多室截面。（2）流线型扁平箱梁。混凝土斜拉桥常用的截面形式为以下几种：（1）双主梁。混凝土边主梁呈 矩形 或梯形，两主梁之间由混凝土桥面板与多道混凝土横梁连结，斜索直接锚固在主梁 中，适用于双索面桥。（2）双箱梁。混凝土边箱梁，两箱之间由混凝土桥面板和 多道混凝土横梁连结一体。为了有利于抗风，可将外侧腹板斜置，斜索锚于箱梁边 腹板上。适用于双索面斜拉桥。（3）单箱多室。单箱多室截面既适用于双索面斜 拉桥，也适用于单索面斜拉桥。所不同的是，双索面时应 将两个中间腹板尽量拉 开，使中室大于边室，目的是获得较大的截面横向惯性矩。而对单索面应尽量靠 拢，借以方便地将斜索锚固在

18、较密的中室。（4）准三角形混凝土三室箱形截面。 将一般的倒梯形三室箱梁稍作改变，缩减箱底宽度，增加斜腹板水平投影长度与桥 面板伸臂长度，同时将箱的2个竖腹板尽可能靠近，形成准三角形三室箱形截面。 这种截面的优点是，宽高比大，外轮廊接近三角形，对抗风十分有利，较窄的中间 箱室5可有效地锚固单索面斜索。2.5斜索斜索是斜拉桥上部结构的重要组成构件，它对斜拉桥的主梁和桥塔的力和变形 起着重要影响作用。斜索在空间的布置形式主要有以下三种类型：单索面、竖 向双 索面、斜向双索面。上述三种索面形式，在我国斜拉桥斜索的空间布置中均被采用， 但以双索面为主，约占斜拉桥总数的75%。采用单索面形式，斜索对抗扭不

19、起作用， 主梁必须采用扭转刚度大的箱形截面。而且斜索位于桥面中央，势必占据一部分桥面有效行车面 积。综合上述原因，限制了单索面斜拉桥的应用。采用双索面形式，作用于桥梁的 扭矩可由斜索来抵抗，且双面斜索还可有效地控制主梁在风振下的逆对称扭转振 动，因此双索面斜拉桥成为国大跨径斜拉桥的主要形式。斜索在索面的形状有以下 三种基本类型：放射形（标准扇形）、扇形（半扇形）、竖琴形（平行形）。从目 前统计资料看，国大跨径的斜拉桥普遍采用扇形索面形状，而竖琴形索面形状仅用 于中等跨径的斜拉桥，放射形索面用的很少。从力学观点看，三种索面形状以放射 形为优，因为它的斜索水平倾角较大，斜索提供的垂直分力对主梁的支

20、承效果最 大，斜索水平分力引起的塔的弯矩较小，塔的高度相对其它形式可做得低一些。但 放射形斜索的致命缺点是斜索集汇于塔顶，导致塔顶斜索锚固构造十分复杂，应力 集中很大，施工也很困难。因此也就限制了它在大跨径斜拉桥中的应用。而竖琴式 斜索，有整齐的外观，由于所有斜索倾角相同，能使斜索在塔上锚固点分散开来， 故斜索在塔上的锚固构造趋于简单化，应力集中小，施工也便利。但 竖琴式斜索的 突出缺点是由于斜索在塔柱上的锚固点间距较远，倾角平坦，当活 载位于中跨时， 要靠刚度较大的边跨最外一根斜索作用，构件中弯矩、轴力都较大。而扇形索面的 力学,性能在放射型和竖琴型之间，故对于大跨斜拉桥，当斜索的根数过多时

21、，采用 扇型索面无论从结构上还是外观上都是合理的。早期斜拉桥主要采用稀索体系，由 于梁以受弯为主，故需要较大的梁高，斜索的力与截面也相对较大，给架设和施工 带来较大困难。斜索锚固点的构造复杂，为克服锚固点及附近的应力过分集中，需 作大规模补强工作，耗材较多。随着结构设计理论、计算机技术，新材料和施工工艺等方面的不断进步，斜拉桥出 现了由稀索体系向密索体系的转变。采用密索体系后，稀索体系所造成的上述问题 均得到了有效解决。突出的变化是：主梁出现以轴向压力为主的受力状态，截面做 得更小，悬臂施工更加便利，容易更换斜索，且不需要中断交通。2. 6桥塔布置形式桥塔是斜拉桥的主要构件。桥塔的形状与构造既

22、严重影响着全桥的景观效果， 又对结构的整体刚度及受力稳定，性具有十分重要的作用。我国大跨径斜拉桥桥塔常 用的形式和特点如下：（1）单柱形。单柱形桥塔适用于单索面斜拉桥。优点为全桥外观简洁，桥塔结 构简单，塔墩宽度可以减少。缺点是索面在桥面中央锚固所需要的中央分隔带所占 宽度较大，桥面的有效宽度减小。单柱式单索面桥塔的横向刚度和抗扭刚度较小， 对抗风不利。（2）H形桥塔。适用于双索面。由于横梁位于桥面与塔顶高度中点附近，它对 两根塔柱顶部产生的反向水平变位的约束作用要优于双柱形桥塔，对梁体扭曲振幅 也有一定的约束作用，而且景观效果也较好。（3）梯形桥塔。梯形桥塔由于在H形桥塔及其附近增设上横梁，

23、因此其横向刚 度比H形桥塔大，塔柱的横向压屈自由长度也减少不少。（4）倒Y形桥塔。倒Y形桥塔可适用于跨度很大的两种索面的斜拉桥，由于具 有斜塔柱相交后向上延伸的竖直柱段，可以容纳较多的斜索。一般仅利用竖直柱段 来锚拉斜索，可以布置成每层单股索（只适用单索面）或双股平列索（双索面或单索 面均可）。当用于双索面时斜索成双向倾斜，对抗风与增强全桥横向刚度特别有利。（5）其它形式桥塔。其它形式桥塔指A型、花瓶型、钻石型桥塔。A形桥塔对 单索面与双索面皆适用。当用于双索面时，由于两根斜柱在顶部交于一点，不产生 塔顶反向水平变位，对缓和梁体的扭曲振动与振幅特别有利。而花瓶形和钻石形桥 塔，梁体位置髙出墩顶较多，因此是要求桥下具有很大通航净髙的斜拉桥的适用形式。2. 7边跨的辅助墩设置从结构受力角度来讲，边跨增设中间辅助墩是有利的，将拉索分散锚固在各 个辅助墩上，可缓解端锚索的应力集中。通过辅助墩支承、缩短边跨跨径，减小边 跨主梁的弯矩，增大桥梁的总体刚度。但施工的难易程度及造价往往是一个制约因 素，需要进行方案比较来确定。从资料统计来看，国大跨斜拉桥边跨设中间辅助墩 和不设中间辅墩的两种做法都普遍存在。3斜拉桥今后发展的展望大跨斜拉桥，尤其是跨海的超大跨斜拉桥的发展面临许多技术难題的挑 战，其主要方面有：3.1超大跨斜拉桥