淺析現(xiàn)代斜拉橋的發(fā)展

覃石生

廣西大學(xué) 土木建筑工程學(xué)院，廣西 南寧 530004

1 現(xiàn)代斜拉橋

橋梁業(yè)界一般認(rèn)為，第一座現(xiàn)代化斜拉橋是德國(guó)工程師于1955 年建造的Stromsund 橋，該橋主跨183m，斜拉索采用稀索體系，主梁則采用鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行建造［1］。此后，隨著材料技術(shù)、工業(yè)技術(shù)及計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，斜拉橋結(jié)構(gòu)理論及施工技術(shù)得到迅猛發(fā)展，工程師們?cè)谶@短短的幾十年間建造了許多就是矚目的超大跨斜拉橋。如日本的多多羅大橋［2］，主跨長(zhǎng)890m，主塔采用寶瓶型結(jié)構(gòu)，斜拉索采用密索體系，主梁采用組合梁結(jié)構(gòu)，即邊跨采用預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，中跨采用鋼桁梁結(jié)構(gòu)，此種結(jié)構(gòu)形式即減輕了中跨主梁自重，還減低了用料成本。該橋建成是還獲得了“20 世紀(jì)最長(zhǎng)斜拉橋”稱號(hào)。此外，目前已建成的世界最大跨斜拉橋［3］位于俄羅斯符拉迪沃斯托克市，該橋主跨達(dá)1104m，主塔高度達(dá)320.9m，主梁為抗扭剛度較大的正交異性鋼箱梁結(jié)構(gòu)，全橋耗資11 億美元。而我國(guó)目前在建的常泰長(zhǎng)江大橋主跨達(dá)1176m，與俄羅斯島大橋相比，該橋結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜，該橋集合了高速公路、普通公路及城際鐵路于一體的“超級(jí)斜拉橋”［4］，該橋預(yù)計(jì)2025 年竣工，屆時(shí)我國(guó)將重奪世界最大跨斜拉橋稱號(hào)。

2 斜拉橋結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)

與普通梁橋（如圖1 所示）相比，斜拉橋即是帶有多點(diǎn)彈性支撐且受軸向力的梁橋結(jié)構(gòu)。因此，斜拉橋結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)在于：斜拉索對(duì)主梁進(jìn)行多點(diǎn)彈性支撐，減小了主梁彎矩使得斜拉橋能夠輕松突破梁橋極限跨徑瓶頸（如圖2 所示），挺進(jìn)千米級(jí)橋梁跨徑領(lǐng)域，甚至能與懸索橋進(jìn)行超大跨橋梁結(jié)構(gòu)比選。缺點(diǎn)：但也因?yàn)橛行崩鞯拇嬖冢?dāng)斜拉橋跨徑不斷增大時(shí)，每根斜拉索水平分力不斷疊加并作用于主梁上（如圖3 所示），導(dǎo)致主塔根部主梁軸力急劇增加，當(dāng)軸力超過主梁極限承壓能力時(shí)，主梁會(huì)出現(xiàn)屈曲現(xiàn)象；此外，由于斜拉橋跨徑不斷增加，斜拉索長(zhǎng)度也會(huì)相應(yīng)增加，此時(shí)斜拉索將會(huì)出現(xiàn)明顯的垂度效應(yīng)［5］，導(dǎo)致斜拉索實(shí)際承載能力下降，影響斜拉橋結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性。

圖1 連續(xù)梁橋彎矩圖

圖2 斜拉橋彎矩圖

圖3 斜拉橋主梁軸力計(jì)算簡(jiǎn)圖

3 解決辦法

基于限制現(xiàn)代斜拉橋極限跨徑的關(guān)鍵問題，結(jié)合現(xiàn)有工業(yè)技術(shù)及斜拉橋理論知識(shí)提出以下兩點(diǎn)解決辦法。其一：在主塔根部設(shè)置鋼與混凝土疊合的結(jié)構(gòu)形式，共同承擔(dān)主梁軸力，同時(shí)，跨中斷主梁采用自重較輕的鋼桁梁結(jié)構(gòu)，從而達(dá)到降低斜拉索索力的目的；其二：研制極限承載力更高的斜拉索。

4 結(jié)語(yǔ)

通過研究現(xiàn)有斜拉橋發(fā)展現(xiàn)狀，總結(jié)得出斜拉橋正往超大跨度方向邁進(jìn)，而主梁軸向抗壓能力及斜拉索極限承載力成為限制斜拉橋往更大跨度發(fā)展的瓶頸。提出改變斜拉橋主梁主塔根部主梁結(jié)構(gòu)形式及研制更高承載力的斜拉索的形式來(lái)提高斜拉橋極限跨徑。