斜拉桥与悬索桥之比较

第六章 悬索桥及斜拉桥

第一节 悬索桥及斜拉桥的分类及构造

一、悬索桥、斜拉桥的分类

（一）悬索桥

悬索桥也称吊桥，是指利用主缆和吊索作为加劲梁的悬挂体系，将桥跨所承受的荷载传递到桥塔、锚碇的桥梁。其主要结构由主缆、索塔、锚碇、吊索、加劲梁组成。

悬索桥的类型可根据悬吊跨数、主缆锚固方式及悬吊方式等方面加以划分。

1．按悬吊跨数分类

其结构形式如图6-1。其中单跨悬索桥和三跨悬索桥最为常用。

图6-1 悬吊跨数不同的悬索桥

a)单跨悬索桥；b)三跨悬索桥；c)四跨悬索桥；d)五跨悬索桥

1） 单跨悬索桥

2） 三跨悬索桥

3） 多跨悬索桥

图6-2 联袂布置的悬索桥

2．按主缆的锚固方式分类

按主缆的锚固形式划分，可分为地锚式悬索桥和自锚式悬索桥。

3．根据悬吊方式分类

1）采用竖直吊索并以钢桁架作加劲梁，如图6-4所示。

2）采用三角布置的斜吊索，并以扁平流线形钢箱梁作加劲梁，如图6-5所示。

3）混合式，即采用竖直吊索和斜吊索，流线形钢箱梁作加劲梁。如图6-6所示。

图6-4 采用竖直吊索桁式加劲梁悬索桥

图6-5 采用斜吊索钢箱加劲梁的悬索桥

图6-6 带斜拉索的悬索桥

4．按支承结构分类

图6-7 按支承构造划分悬索桥形式

a)单跨两铰加劲梁；b)三跨两铰加劲梁；c)三跨连续加劲梁

（二）斜拉桥

斜拉桥的主要组成部分为主梁、索塔及拉索。

1． 按索塔布置方式分

1）单塔式斜拉桥

采用图6-8-b）的单塔式斜拉桥。

2）双塔式斜拉桥 桥下净空要求较大时，多采用图6-8 a）所示的双塔式斜拉桥。

图6-8 斜拉桥跨径布置

3）多塔式斜拉桥

在跨越宽阔水面时，由于桥梁长度大，可采用图6-8c)所示的多塔斜拉桥。

斜拉桥是由斜拉索、塔柱和主梁组成，用若干高强的拉索将主梁斜拉在塔柱上，斜拉索使主梁受到一个压力和一个向上的弹性支承的反力，这就使得桥梁的跨越能力大大增强。

斜拉桥示意图

斜拉桥是将梁用若干根斜拉索拉在塔柱上的桥。它由梁、斜拉索和塔柱三部分组成。斜拉桥是—种自锚式体系，斜拉索的水平力由梁承受、梁除支承在墩台上外，还支承在由塔柱引出的斜拉索上。按梁所用的材料不同可分为钢斜拉桥、结合梁斜拉桥和混凝土梁斜拉桥。

斜拉桥由斜索、塔柱和主梁所组成。用高强钢材制成的斜索将主粱多点吊起，并将主梁的恒载和车辆荷载传至塔柱，再通过塔柱基础传至地基。这样，跨度软人的主梁就象一根多点弹性支承(吊起)的连续梁一样工作，从而可使主梁尺寸大大减小，结构自重显著减轻，既节省了结构材料，又大幅度地增大桥梁的跨越能力。此外，与悬索桥相比，斜拉桥的结构刚度大，即在荷载作用下的结构变形小得多，且其抵抗风振的能力也比悬索桥好，这也是在斜拉桥可能达到大跨度情况下使悬索桥逊色的重要因素。

斜索在立面上也可布置成不同型式。各种索形在构造上和力学上各有特点，在外形美观上也各具特色。常用的索形布置为竖琴形(图一)和扇形(图二)两种。另一种是辐射形布置(图三)因其塔顶锚固结构复杂而较少采用图一

竖琴形斜拉桥图二 扇形斜拉桥

图三 放射形斜拉桥

斜拉桥由索塔、主梁、斜拉索组成。桥的主要承重并非它上面的汽车或者火车，而是它本身，也即我们看的的路面。现在我们就分析这个：我们以一个索塔来分析。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.。斜拉桥的原理,就是利用平衡力的原理,斜拉桥两端的重量通过两端超强的钢绞索拉住压在主桥柱(就是斜拉桥最高的那柱子)上,从而达到两端平衡、跨度更大的目的,简单来说,斜拉桥就是一个大天平，两端的重量相当并通过钢索压载在主桥柱上，这就是为什么斜拉桥总是两端都需要钢索来保持平衡的原因

现代桥梁之斜拉桥与悬索桥区别与联系

斜拉桥与悬索桥作为现代桥梁的 主要建筑方式,二者之间又存在着怎样的 区别与联系呢？下面我们通过结构力学的 方法对其进行受力方面的 定性分析,来解决一些现实中的

现象.

首先我们来了 解一下他们的 定义：

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.

悬索桥,又名吊桥(suspension bridge)指的 是以通过索塔悬挂并锚固于两岸(或桥两端)的 缆索(或钢链)作为上部结构主要承重构件的 桥梁.其缆索几何形状由力的 平衡条件决定,一般接近抛物线.从缆索垂下许多吊杆,把桥面吊住,在桥面和吊杆之间常设置加劲梁,同缆索形成组合体系,以减小 活载所引起的 挠度 变形.

斜拉桥与悬索桥的 结构简图如图a,b所示.

下面对一些现实现象进行定性分析.

1.为什么斜拉桥和悬索桥可以比其他桥梁的 跨度 大 很多？

通过斜拉桥和悬索桥的 结构简图可以看出,斜拉桥和悬索桥都是通过钢索的 拉力来代替了 桥墩的 支持力.因此可以减少桥墩的 数量,实现桥梁的 大 跨度 .

2.为什么悬索桥可以比斜拉桥的 跨度 更大 ？

通过斜拉桥和悬索桥的 结构简图可以看出,斜拉桥的 钢索是斜着的 ,以a图C点进行受力分析,为了 在C点提供足够的 竖直拉力Fcy随着AC距离的 增加,Fc和Fcx将会不断增大 ,这样会不断增大 钢索的 拉力和桥面的 轴向压力,这也是为什么斜拉桥的 钢索大 多集中在索塔的 上端的 原因.因此AC之间的 距离不能太大 ,即斜拉桥的 跨度 不能太大 .而通过悬索桥的 结构简图可以看出,悬索桥的 钢索受力是竖直方向的 ,随着跨度 的 增加并不会增加钢索的 受力.因此悬索桥的 跨度 可以比斜拉桥更大 .

桥与悬索桥的主梁形式，塔和施工的异同

1 斜拉桥与悬索桥的主梁形式的区别

斜拉桥的主梁截面能够釆用混凝土主梁、钢一混凝土结合主梁和钢主梁。我国斜拉桥的主梁形式:混凝土以箱式、板式边箱中板式；钢梁以正交异性极钢箱为主，也有边箱中板式。钢一混凝土结合主梁一样只适用于双索面斜拉桥。钢主梁的截面形式有工字形钢主梁、钢箱梁、钢桁梁等。

悬索桥采纳钢箱作为加劲梁,在我国较为普遍。悬索桥加劲梁结构，要紧有美国派的桁架势和英国流派的扁平钢箱式前者更适于在铁路或公路铁路两用桥中利用，故日本近代修建悬索桥多釆用桁式加劲梁。二者用钢量相较,采纳钢箱梁略占优势。具体的形式有:钢板梁、钢箱梁、钢桁梁和混凝土箱梁。

2 塔、索的形式与材料

此刻已建成的斜拉桥有独塔、双塔和三塔式。以钢筋混凝土塔为主。塔型有H形、倒Y形、A形、钻石形等。二者塔的材料，国外以钢为主，我国以混凝土为主，最近几年来国外也有向混凝土进展的趋势,基础多为钻孔桩或沉井。

斜拉索仍以传统的平行镀锌钢丝、冷铸锚头为主。斜拉桥的钢索一样采纳自锚体系。最近几年来，开始显现自锚和部份地锚相结合的斜拉桥,如西班牙的鲁纳（Luna）桥，主桥440m；我国湖北郧县桥，主跨414m。地锚体系把悬索桥的地锚特点融于拉桥中，能够使斜拉桥的跨径布置更能结合地形条件，灵活多样，节省费用。恐索桥结合地形、地质、水文可采纳单跨悬吊、双跨不对称悬吊和三跨悬吊（简支和持续体系）。据查,世界悬索桥多为单跨悬吊,第二是不对称双跨和三跨简支悬吊。三跨悬吊持续体系最少。丹麦大带桥，三跨悬吊持续，其跨径为535m + 1624m+ 535取中国的II门海沧大桥，三跨悬吊持续，其跨径为230m + 648m + 230m，可称世界同类桥梁的第二位。

3 斜拉桥与悬索桥的施工的区别

斜拉桥的施工方式：混凝土斜拉桥要紧采纳悬臂浇筑和预制拼装；钢箱和混合梁斜位桥的钢箱采纳正交异性板，工厂焊接成段，现场吊装架设。钢箱与钢箱的连接，一是螺栓，二是全焊，三是栓焊结合。一样说，斜拉桥跨径300~1000m是适合的，在这一跨径范围，斜拉桥与悬索桥相较，斜拉桥有较明显优势。德国闻名桥梁专家以为，即便跨径1400m的斜拉桥也比一样跨径悬索桥的高强钢丝节省二分之一，其造价低30%左右。