60国外桥梁2000年第4期；大跨径斜拉桥建设与展望；马坤全；(同济大学土木建筑学院,上海200331)；摘要:简要回顾了斜拉桥的发展历程及建设现状,系统；关键词:大跨径斜拉桥;抗风;抗震;发展;综述中图；文章编号:00)04-0；1斜拉桥发展历程及现状简述；斜拉桥从本世纪50年代开始修建以来,发展非常；迅速,跨径不断增大,技术不断进
60国外桥梁　　2000年第4期
大跨径斜拉桥建设与展望
(同济大学土木建筑学院,上海200331)
摘　要:简要回顾了斜拉桥的发展历程及建设现状,系统总结、分析了各类斜拉桥的特点及综合性能,着重阐述了大跨径斜拉桥的抗风及抗震问题。在此基础上,提出大跨径斜拉桥建设的若干建议。
关键词:大跨径斜拉桥;抗风;抗震;发展;综述中图分类号:U448.27　　　　文献标识码:A
文章编号:00)04-0060-06
1　斜拉桥发展历程及现状简述
斜拉桥从本世纪50年代开始修建以来,发展非常
迅速,跨径不断增大,技术不断进步。近年来,在世界范围内,斜拉桥的建设高潮迭起,尤其是中国斜拉桥技术的成就令人瞩目。
自50年代到70年代中期,由于计算理论和计算技术等诸方面的限制,斜拉桥主要采用稀索体系。主梁上的间距一般为30～60m(钢梁)30混凝土梁),梁以受弯为主,需要有较大的梁高较大,。斜拉索锚,其附近常需作大规模的补强,耗材也多。
自70年代中期至今,随着设计理论的发展、计算机技术的日益发达、新材料的不断开发及施工技术的不断进步,斜拉桥的发展进入一个崭新时代,其主要特征是采用密索体系,梁的受力状态以受压为主,其截面有所减小,并可以根据需要进行换索而不中断交通。结构体系较多地采用塔墩固结的漂浮体系,在承受地震水平力时呈现漂浮状态,因振动周期与地震周期不同而增大阻尼,可保持桥梁的安全。密索体系的应用,使主梁高度轻型化,同时,也使斜拉桥的跨径显著增大。1975年主跨404m的法国圣?纳泽尔桥的建成,标志着斜拉桥的主跨已开始突破400m的大关,但直至1983年,世界上才出现了第2座主跨超过400m的斜拉桥,即西班牙的卢纳?巴里奥斯桥。在此以后,特别是进入90年代,主跨超过400m的大跨径斜拉桥呈飞速发展之势。据不完全统计,目前世界上已建成及在建的、主跨超过400m的斜拉桥达33座,其主跨跨径、建成年份及其它主要技术参数详见表1。
从表1中可明显看出,进入90年代以后,大跨径斜
拉桥的数量显著增多,跨径明显加大,其主跨跨径最大者已接近千米大关。2　斜拉桥的分类与特点2.　,、混凝土斜拉,后者又可分为主跨钢梁、(简称混合梁)斜拉桥、以及钢-混凝土结合梁(简称结合梁)斜拉桥,目前,世界上已建或在建的各类斜拉桥的最大跨径如表2所示。
表2　世界上各类最大跨径斜拉桥
混凝土结合梁混合梁
所在国家最大跨径/m日本挪威中国法国
桥　名多多罗大桥斯卡恩桑德桥上海杨浦大桥诺曼底桥
2　斜拉桥的特点
斜拉桥具有造型美观(平行双索面、斜索面或中央单索面配以各种不同造型的桥塔,形成刚性塔和轻型漂浮桥面的风格,或者刚性桥面辅以挺拔塔柱的另一种姿态)、跨越能力强(斜拉桥作为一种拉索结构,比梁式桥有着更大的跨越能力,而且由于拉索的自锚特性,不需要悬索桥那样的巨大锚碇,在河口海岸的软土地基上需要建造大跨径桥梁时,具有竞争力和可行性)、跨径布置灵活(在特定的地形条件下布置斜拉桥,如主跨很大,边跨很小,可采用部分地锚。如西班牙的卢纳?巴里奥斯桥和中国的郧阳汉江桥两座大跨径混凝土斜拉桥,边主跨比仅为0.152及0.104)和施工干扰最少(斜拉桥适合于预制节段悬拼或挂篮悬浇,对航运的干扰最少)等特点,并具有良好的力学性能及经济指标。当今世界上已建或在建的、主跨400m以上的各类斜拉桥布置构造中
作者简介:马坤全(1964-),男,副教授,同济大学博士生;1985年毕业于兰州铁道学院土木工程系,获学士学位;1988年毕业于铁道部科学研究院桥梁与隧道工程专业,获工学硕士学位。
的主要参数如表3所示。
表3　斜拉桥(主跨≥400m)布置构造参数
0.33～0.50
3　斜拉桥的抗风
塔高跨径比梁上索距梁高跨比
1∶356～1∶30.9[2]1∶354～1∶～1∶57.6[3]1∶281～1∶576
1∶44.5～1∶10.91∶40.8～1∶13.61∶19.8～1∶11.11∶38.4～1∶17.1
3.1　斜拉桥的风振
0.168～0..0
8.0～12.29.0～13.5
斜拉桥的风振问题不仅限于梁体的振动,同时还有桥塔和斜拉索的振动。除此之外,当两桥并列或两斜拉索并列布置时,由于上流侧梁体或斜拉索的阻风作用产生的乱流会引起下流侧梁体或斜拉索发生不规则的振动。另外,斜拉桥的风振问题不仅要考虑成桥后的情况,同时还要考虑架设时的情况。3.1.1　梁体的风振
混凝土0.104～0.500[1]0.192～0.248结合梁
0.267～0.404
0.208～0.349
混合梁0.306～0...0
注:[1]除2座自锚和部分地锚相结合体系斜拉桥外,混凝土斜拉桥的边主跨比为0.36～0.50;
　[2]除3座主梁为桁架的斜拉桥外,钢斜拉桥的主梁高跨比为1∶356～
梁体采用扁平截面时不易产生挠曲发散振动,从抗风性能的观点来看,,作,,但只要配以斜Y形桥塔,就能在成桥以后或悬臂施。涡振能在比较低的风速下发生,其发生概率较高。因此,它会使结构物产生疲劳、行车障碍及诱发过桥者的不安感。仅依靠增大结构刚度来防止发生涡振常常是较困难的。因此首先要选择良好的梁体截面,然后再通
过风洞试验来选用各种整流装置,如流线型风咀(fair2ing)、整流翼板(flap)等或在梁体内安装TMD等。3.1.2　桥塔的风振
　[3]不计公铁两用斜拉桥―香港汲水门桥,结合梁桥的主梁高跨比为
1∶271～1∶197。
由表3可知,除部分地锚的2座混凝土斜拉桥外,
各类大跨径斜拉桥边主跨比基本相同,即高于0.3、小于0.5,,于0.17、低于0.35,相对偏小些。,混,结合梁及混合,但混合梁斜拉桥梁上的索距大于结合梁桥。4种类型斜拉桥主梁高跨比亦基本接近,即在1∶356～1∶112之间,但结合梁与混合梁桥变化幅度较小,仅在1∶281～1∶176间变化。各类斜拉桥的主梁宽跨比也较接近。
钢斜拉桥、混凝土斜拉桥及结合梁斜拉桥综合性能比较如表4所示。
表4　钢斜拉桥、混凝土斜拉桥及结合梁斜拉桥综合性能比较
项目恒载质量材料阻尼徐变收缩耐久性改造的难易施工的难易路面造价斜拉索的连接斜拉索疲劳基本造价
钢斜结合梁
拉桥斜拉桥预制就地
ACCAACABBCCC
BBBBBBBAABBA
CAACCACCAAAB
CAADDACDAAAB
斜拉桥桥塔的塔柱常采用矩形截面(实体的或空心的),要考虑涡振与挠曲驰振的问题。斜拉桥在架设过程中,由于一般风速不会太大,故桥塔的风振以涡振为主。斜拉桥在成桥后,特别是独柱式桥塔,由于斜拉索的补强效果较弱,在桥梁的横向常会发生显著的风振问题。大跨径斜拉桥由于跨径较大,相对来说,塔的刚度和阻尼较小,因此,可安装滑移块(slidingblock)或调质减振器来增加塔柱的阻尼,用以减缓风振。
由于混凝土斜拉桥主梁的宽高比与钢斜拉桥的大致相同或更大,其梁重或固有振动频率也较钢斜拉桥大,且混凝土结构的阻尼亦明显大于钢结构,因此,混凝土斜拉桥的梁与塔的抗风振性能要优于钢斜拉桥。3.1.3　斜拉索的风振
混凝土斜拉桥
　减轻桥梁自重　空气动力质量阻尼　改善空气动力响应　尺寸线形的稳定性　尺寸线形的稳定性　最佳耐久性　易于改造　连接的难易　降低路面的造价
斜拉索的风致振动大致分为涡振、尾流驰振及雨振
　降低活载/恒载比值　与跨度及地区有关
3类,其中雨振已成为90年代的研究热点。最近的研
　注:表中的A、B、C表示优劣等级。
究结果表明,直径在80～200mm的光滑索表面,当斜拉索阻尼低于δ=0.01时,则会发生斜拉索风雨振动,而
大跨径斜拉桥建设与展望　　　马坤全63
平行钢丝索的直径正落在这一范围。解决的办法是:(a)采用非光滑、非圆形的索表面;(b)在索端使用有效的阻尼装置;(c)采用抗风索干扰斜拉索的振动。研制一种可安装在钢套筒中的高效的斜拉索阻尼装置应当是首选的解决斜拉索振动的措施,因为表面非光滑处理可能会带来积灰、外观效果不好的负面作用。3.2　斜拉桥的抗风措施3.2.1　梁体的抗风构件
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。多年来,学者们对斜拉桥的风致振动机理及其抗风稳定性进行了大量的理论和试验研究,提出了许多对大跨径斜拉桥抗风设计具有指导意义的计算理论及制振措施。目前主要是依靠风洞试验并辅以理论分析来满足抗风设计方面的需要。随着斜拉桥跨径的增大,主梁截面的高度轻型化,斜拉桥将变得更为纤细,且施工阶段悬臂长度不断增大,因而其静、动力非线性行为将变得更加突出,如何确保斜拉桥成桥状态与施工状态的空气动力稳定及静力稳定将更为科研、设计、施工者关注,因此,在大跨径斜拉桥抗风领域还有大量研究工作要做。一方面要继续加强对风的动力影响和大跨径,以风洞试验为依托,、动力失稳;,,随,数值风洞技术可望有所4　斜拉桥的抗震
4.1　大跨径斜拉桥抗震特点
梁体的抗风构件一般有翼板(flap)、导流器(deflec2
tor)、导风角或风咀(fairing)、分流板(separator)、裙板(skirt)及扰流器(spoiler)等。3.2.2　桥塔的抗风措施
桥塔的抗风措施主要有:(a)将塔柱矩形(或其它形状)截面的4个直角设计成圆角、倒角或切角。圆角与倒角及切角的最佳尺寸比例R/D及a/D可通过风洞试验来确定(R为圆角半径,aD为塔柱的纵向尺寸)。切角方法提高发振风速,(b塔中设置TMD摆、型制振装置来取得制振效果。
3.2.3　斜拉索的制振措施
斜拉索的制振措施从性质上可以分为两类:一方面是在空气动力方面采取措施;另一方面是在结构上采取措施。
改变斜拉索的截面形状,尤其是斜拉索表面形状,谋求取得减振效果是在空气动力方面采取的措施。如日本东神户大桥斜拉索表面设有若干条平行的肋条及法国诺曼底大桥斜拉索采用非光圆形状均在一定程度上减缓了雨振。
结构方面的制振措施包括在斜拉索上设置阻尼减振器及采用不锈钢钢丝绳,将各道斜拉索连接在一起等。如日本横滨港湾桥在每道2根并列的斜拉索上设置阻尼减振器;日本名港西大桥、日本岩黑岛及柜石岛桥、法国诺曼底桥、日本多多罗大桥及中国在建的南京长江二桥等大跨度斜拉桥均采用制振绳。对于大跨径斜拉桥,因跨径大,斜拉索长,尤其是其长索(外索和上索),光靠在桥面上设置阻尼减振器是不够的,还需采用减振绳将一定数量的斜拉索连接起来。3.3　斜拉桥的抗风研究
在斜拉桥设计中,地震荷载起控制作用的部位一般
来说虽然是塔基部分和下部结构,但为了求得从上部结构传递到下部结构的地震力,对上部结构的整体振动也要作出正确的分析和评价。
大跨径斜拉桥一般具有以下抗震特性:(1)基本固有周期较长,结构阻尼系数较小
由于斜拉桥的周期比较长,因而结构容易变形。斜拉桥上部结构的阻尼系数一般在0.01～0.02之间,因此,振动一旦开始,不会很快衰减。
(2)塔、索、梁与下部结构等的振动特性相差较大斜拉桥是由固有周期和阻尼系数相差较大的主梁和下部基础等各部分所组成。因此,在地震时发生的全桥振动体系中结合有各部分构件本身的振动体系。不论是在低次或高次振型中,各部分构件本身的振动特性都会影响全桥的振动。
(3)地基一般较软弱
大部分斜拉桥的地基相对来说都比较软弱,因此,斜拉桥结构―――基础―――土动力相互作用常常是比较重要的
(4)多点激励与行波效应对于大跨径斜拉桥,由于波列传播波速的有限性、相干性的损失及局部场地地质的差异等,都将导致各支承点的地震激励出现显著不同。因此,对于大跨径斜拉
大跨径斜拉桥常由风荷载来决定其构件截面,由于
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桥,应考虑地震动的多点激励与行波效应,对带有减、隔
震装置的大跨径桥梁结构,多点激励效应更不容忽略。4.2　大跨径斜拉桥抗震分析方法4.2.1　反应谱理论
拉索间可采用刚性绳进行连接,以减小斜拉索下垂效
应,从而降低斜拉桥的几何非线性。5　结　语
综合分析各类斜拉桥的特点,并考虑一个国家钢材费用是否昂贵及修建大跨径斜拉桥的实际经验,一般来说,500m以下的主跨跨径宜采用混凝土斜拉桥形式,并宜采用斜索面提高桥梁抗扭刚度,配以施工简单的板式截面代替过去采用直索面和带分离边箱或闭口箱梁的组合方式。如桥面较窄,为满足抗风要求,除了采用斜索面外,可考虑采用闭口流线形箱梁甚至其它的附加的措施。500～700m的跨度范围比较适合采用结合梁桥面的斜拉桥,小,,虽然开口截面的抗,形或倒Y形桥塔,,。700～1000m的跨,,无论从减轻桥面,应采用闭口钢箱梁桥面的钢斜拉桥或主跨为钢梁、边跨为混凝土梁的混合梁斜拉桥。至于1000m以上的跨径,悬索桥是这一跨径范围内的主要桥型,但是随着跨径的增加,悬索桥的各种制约因素逐渐出现,主要表现在上部结构和索的质量在结构总重中所占比重越来越大,造价越来越高。如果这一问题没有很好的办法解决,则可考虑斜拉桥与悬索桥的协作来达到1000m以上的跨径。斜拉―悬吊协作体系桥主要优越性和经济性为:
(1)斜拉桥部分的荷载是通过双塔传递到塔基,而不象在悬索桥那样,要通过2根主缆将这部分荷载传递给塔基。因此可以减少悬索桥主缆中的拉力;
(2)减轻了2个端锚或端锚加地锚中的拉力;(3)缩短了地锚的施工工期;
(4)一定范围内改变矢跨比,协作体系静力响应改变远小于悬索桥。小范围内改变吊跨比对结构的静力性能影响也不大。说明在一定范围内,协作体系的这两个设计参数已退化为局部设计参数;
(5)边跨增设辅助墩,可以提高协作体系的结构刚度,减小活载引起的内力和位移。还可以减小吊索的交变应力幅,避免吊索疲劳破坏;
(6)在一定范围内改变矢跨比和吊跨比,对协作体系的动力特性影响不大;
(7)由于斜拉桥部分的桥面荷载不需通过悬索桥的主缆传给塔基,所以可改用较重的预应力混凝土桥面体系,节省了大量钢材,造价降低,并且能用这部分的重
根据桥址周围的场地条件及该地区构筑物的抗震设防标准,采用反应谱理论计算大跨径斜拉桥的地震反应,并据此进行抗震设计。世界上有些国家,如中国主要依据其《公路工程抗震设计规范》,采用弹性反应谱理论对桥梁进行强度验算和稳定性验算。还有一些国家则根据桥址处的地质条件,直接采用加速度反应谱进行抗震分析。至于加速度反应谱除直接引用规范谱外,还可根据桥址周围的观测记录,用概率统计法计算假想的地震动,据此作出对应一定再现期的加速度响应谱,并对这条曲线进行力学判断,决定基岩面上的假想波谱曲线,把这些曲线与过去桥址附近发生的一些代表性地震及所预料的今后可能发生的地震等的加速度响应谱曲线进行对照比较,并进行调整,谱曲线。
4.2.2　动态时程分析
计外,。动态时程地震响应分析主要考虑地震波在桥址处地基土中的传播,结构―――基础―――土的动力相互作用,地震动的多点激励与行波效应等,对桥梁的抗震安全性作出评价。4.3　大跨径斜拉桥主要抗震措施4.3.1　塔梁连接
塔梁横向刚性连接,在地震作用下,桥塔柱将产生较大的弯矩和剪力,而塔梁横向不作连接,则导致地震作用下桥面横向位移很大。因此,桥面与塔柱横向宜采用弹性连接方式,弹性连接件可由缆索、连杆、橡胶块等构成。桥梁纵向趋向于采用“全漂浮”体系,但如果需控制动载作用下主梁的纵向位移,梁塔纵向亦可采用弹性连接。塔梁竖向连接亦宜避免采用刚性支承。4.3.2　塔、梁外形
大跨径斜拉桥宜采用“A”形、钻石形“、△”形或倒Y形桥塔和流线形箱梁截面,从而提高桥梁的抗扭刚度和桥梁横向抗震能力。塔墩亦应固结。4.3.3　斜拉索布置
大跨径斜拉桥宜采用密索体系,斜拉索与桥面的锚固可采用阻尼装置进行连接,这样可减小桥面振动。斜
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辽宁省开工建设长江以北最大双塔双索面斜拉桥
日　来源：中国新闻网
&&& 辽宁省滨海公路辽河特大桥十一日正式开工建设。这是长江以北地区最大的双塔双索面斜拉桥，建成后将成为辽宁省标志性建筑之一。
&&&&辽河特大桥建在辽宁省西南部大辽河入海口处，跨越大辽河，连接营口、盘锦两市。特大桥路线全长四点四四公里，其中桥梁全长三点三二六公里，主桥长八百六十六米。大桥主桥全宽三十三米，高约四十五米，采用六车道一级公路标准，兼顾城市道路,设计时速为八十公里。
&&&&主桥上部结构采用双塔双索面钢箱梁斜拉桥。特大桥在抗震、抗风、防洪、桥梁耐久性能方面做了认真设计,以确保特大桥的安全可靠，并根据经济发展需要，在设计上考虑了万吨级海轮杂货船通过的问题。&&&&
&&&&辽河特大桥由辽宁省交通厅和盘锦营口两市共同投资兴建，建成后将不设收费站，全线实行免费通行。按计划，二O一O年底建设完成。(沈殿成 玉瑛)
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世界最高桥“云南尼珠河大桥”预计今年10月建成
优质期刊推荐我国首座地锚式单塔斜塔混凝土斜拉桥顺利合拢(图)
　　10月5日，我国首座地锚式斜塔斜拉桥——贵州道安高速公路芙蓉江大桥主梁段混凝土浇筑顺利合拢，建桥工人转向桥面施工。
　　据介绍，芙蓉江大桥为亚洲首座地锚式单塔斜塔混凝土斜拉桥。大桥位于贵州省遵义市正安县境内蓉江之上。大桥全长340米，主跨170米。主塔高98.5米，整体为倒Y形钢筋混凝土斜塔，倾向地锚箱侧。斜拉索共53根，其中背索17根，梁上索18对。
　　与其他塔身垂直于地面的大桥不同的是，芙蓉江大桥的塔身是倾斜的，而且倾斜角达到了18.4°。下塔分两肢，在承台平面上，两塔肢中心距为18米，两肢轴线在距承台55米高程处相交。这种塔身倾斜，采用塔、墩、梁固结体系，居国内同型桥梁首创。
　　在世界范围内的斜塔斜拉桥中，芙蓉江大桥主跨排名世界第六，大桥设计新颖，结构及力学性能复杂，为亚洲首座地锚式斜塔混凝土斜拉桥，是整个道安高速公路项目中施工难度最大、科技含量最高的一座大桥。大桥建设中还遇到交通运输不便，物资供应紧张，施工场地狭窄，地质条件复杂，工期紧等困难。
　　由于芙蓉江两岸都是悬崖绝壁，因此芙蓉江大桥斜拉索设计为不对称立体索面，在施工过程中的任何不平衡荷载、斜拉索的张拉温度控制、风载因素影响、施工特殊工况的施工顺序等，都会对建筑结构产生一定影响。
　　对于直塔的斜拉桥国内尚有资料可查、经验可寻，但芙蓉江大桥单塔斜拉结构的特殊，对合理安排施工组织、提高施工精度、学习借鉴并科学运用提出了更高的要求。
　　由于设计单位在大桥的设计上花费了较多功夫，项目部开工建设芙蓉江大桥时已经是超过合同开工日期半年，项目部全体管理者和技术人员齐心协力，攻坚克难，凝聚起中交路桥华东工程有限公司道安高速公路TJ08标项目部所有建设者的力量智慧和无数汗水换来了原计划合同建设工期为26个月，实际施工工期仅用18个月的控制性工程。
　　道安高速是贵州省道真县至瓮安县的高速公路，是该省高速公路的重要组成部分。芙蓉江大桥作为道安高速全段的控制性工程之一，它的建成将改变贵州省区域经济的发展。
　　据介绍，中交路桥华东工程有限公司道安高速公路TJ08标项目部自进场以来，严格根据建设图纸制定方案。建设过程中，项目部的技术方案编制以可实施性为原则，初稿编制完成后及时与协作队伍讨论其利弊及可优化的部分，并对施工过程的实施情况进行跟踪，树立了技术方案的权威性，减少了施工过程中由于方案变动给正常施工带来的影响。此外，该项目部非常注重质量管理，从进场材料质量抓起，责任到人，层层严把质量安全百分之百过关。
　　近年来，贵州省委、省政府决定在贵州全省范围内开展高速公路三年会战。省政府出台的贵州省高速公路三年建设会战实施方案明确，到2015年新建成高速公路2500公里以上，实现通车里程5100公里以上。
　　贵州山高谷深，延绵起伏的大山直接阻碍了当地的经济社会发展。建设高速公路是希望所在，也是全省人民的共识。今年是三年会战的收官之年，年底贵州88个县将实现县县通高速。
　　“县县通高速”意味着高速公路可覆盖贵州省规划的5个1000亿元产业园区、10个200亿元产业园区、20个100亿元产业园区及18个国家级风景名胜区、53个省级风景名胜区。实现贵州与相邻省(市、区)及珠江三角洲、中国-东盟自由贸易区、北部湾经济区、成渝经济区、长株潭城市群、滇中经济区的快捷连接。
　　如今贵州正举全省之力改造交通，努力向发达地区靠近。贵州努力的背后，凝结着众多建设者们的辛勤汗水，中交路桥华东工程有限公司道安高速公路TJ08标项目部正是其中的一份子。
　　笔者了解到，道安高速公路全长248.118千米，是贵州省高速公路网规划中第三纵线的北段，也是国家拟规划建设的银川至龙邦高速公路的重要组成部分。整个工程将在日全线完成交工验收。
　　（李丰 范桥艳）
本文来源：中工网
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08:51:19&&&来源：滕州日报-滕州在线&&&评论： 点击：
&&& &2月19日，建筑工人正在解放路跨荆河斜拉桥建设工地紧张工作。据介绍，该大桥主梁施工目前已完成，索塔建设进入收尾阶段，其他工作正在加紧推进，预计国庆节前后将投入使用。特约记者 曹昌宇 摄&
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