單索面斜拉橋發(fā)展歷史及特點(diǎn)綜述

韓劍

摘要：?jiǎn)嗡髅嫘崩瓨蚓哂行熊?chē)視野開(kāi)闊，簡(jiǎn)潔優(yōu)美的優(yōu)點(diǎn)。布置在行車(chē)道中央的橋塔與直接錨固在梁中線(xiàn)的拉索使材料用量較省。對(duì)于拉索疲勞問(wèn)題，采用單索面布置是有利的?；谝陨蟽?yōu)點(diǎn)，單索面斜拉橋?yàn)楣こ探缙毡椴捎?。本篇文章介紹單索面斜拉橋的發(fā)展歷史及特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)嗡髅嫘崩瓨?鋼箱梁;扭轉(zhuǎn)

一、單索面斜拉橋的發(fā)展歷史

世界上第一座斜拉橋是斯特倫松德橋[1]（Stromsund Bridge），該橋由德國(guó)迪辛格（Franz Dischinger）教授設(shè)計(jì)，主跨182m，雙索面稀索斜拉橋。于1955年建成通車(chē)。世界上第一座單索面斜拉橋是易北河橋（Norderelbe Bridge），同樣為稀索體系。橋主跨171.88m，采用鋼板梁開(kāi)口截面。梁高3.0m，寬30.74m。塔梁固結(jié)，墩梁鉸接。此橋于1962年建成。即單索面斜拉橋比雙索面斜拉橋晚了7年出現(xiàn)。之后單索面斜拉橋的跨度越來(lái)越大。勒沃庫(kù)森橋[2]（Leverkusen Bridge）為稀索單索面鋼箱梁斜拉橋，雙塔三跨，塔梁固結(jié)，墩梁鉸接。雙塔三跨，主跨280m，截面由單箱雙室和兩側(cè)懸伸以托住橋面的傾斜撐桿構(gòu)成，高4.2m，寬37.8m。于1965年建成。兩年之后，1967年，另一座跨越萊茵河的單索面鋼箱梁斜拉橋，弗特里?！?dú)W貝特橋[3]（Friedrich Elbert Bridge）也建造完成?？缍韧瑸?80m。同時(shí)他也是世界上第一座密索體系的斜拉橋，世界上最長(zhǎng)的斜拉橋。該橋截面高度與勒沃庫(kù)森橋相同，寬度比其小1.5m。同樣是塔梁固結(jié)，墩梁鉸接。兩年之后，1969年。雙索面斜拉橋河灣橋[4]（Knie Bridge），以主跨319m的跨度取而代之，成為世界上最長(zhǎng)的斜拉橋。但同樣為單索面鋼箱梁斜拉橋的杜伊斯堡—諾因坎普橋（Neuenkamp Bridge）于1971年通車(chē)。以主跨350m的跨徑超過(guò)河灣橋，又一次使單索面斜拉橋坐上世界上最長(zhǎng)斜拉橋的寶座。其截面同樣由雙室鋼箱梁與用于支撐懸臂橋面板的斜支撐構(gòu)成。橋?qū)?6.3m，梁高3.72m。再之后，于1979年建成的弗雷埃橋（Flehe Bridge）是世界上最大跨度的單索面斜拉橋。獨(dú)塔雙跨，主跨367.24m。橋?qū)?1.70m，高3.8m。主梁采用混合結(jié)構(gòu)，截面寬41.70m，高3.8m。漂浮體系。截面同樣由三室鋼箱梁與用于支撐懸臂橋面板的斜支撐構(gòu)成。1987年，單索面鋼箱梁斜拉橋跨徑又有了進(jìn)一步的提高：泰國(guó)湄南河橋，雙塔三跨單索面斜拉橋，主跨450m。整體鋼箱梁截面寬33m，高3.99m。半漂浮體系。各個(gè)橋墩處均設(shè)置能夠抵抗拉與壓的支座來(lái)抵抗扭轉(zhuǎn)。直到1994年，日本鶴見(jiàn)航道橋[5]主跨又增加到510m。半漂浮體系。橋面寬38m，高4m。

我國(guó)較具代表性的單索面斜拉橋有：黃山太平湖大橋，建成時(shí)為亞洲最大跨度的單索面混凝土斜拉橋。獨(dú)塔雙跨，190+190m，塔墩梁固結(jié)。梁高3.5m，橋?qū)?8.2m。國(guó)內(nèi)跨度最大的單索面鋼箱梁斜拉橋?yàn)榇箝康诙髽颍p塔三跨。主跨392m，半漂浮體系。鋼箱梁高3.5m，寬29.5m。中國(guó)第一座外?？绾４髽颍瑬|海大橋主橋，為單索面箱型疊合梁斜拉橋。雙塔三跨，主跨420m。截面寬33m，高4m。半漂浮體系。重慶東水門(mén)橋?yàn)殡p塔單索面鋼桁梁橋，主跨445m。其主梁腹板是兩片鋼桁梁，橋面是正交異性板，下弦是有肋的鋼板。橋?qū)?4m，梁高13m。半漂浮體系。

總結(jié)以上單索面斜拉橋的發(fā)展歷程可以發(fā)現(xiàn)：1990年之前，單索面斜拉橋和雙索面斜拉橋的最大跨度反復(fù)競(jìng)爭(zhēng)超越。國(guó)外的單索面斜拉橋采用鋼箱梁較多。但截面本身的構(gòu)成還不一樣。歐洲單索面斜拉橋的鋼箱梁普遍由兩到三個(gè)箱室構(gòu)成，通過(guò)斜桿支撐懸臂橋面板增加橋梁寬度。但日本采用扁平整體鋼箱梁居多。我國(guó)單索面斜拉橋早期大多采取混凝土箱梁，塔墩梁固結(jié)體系。

二、單索面斜拉橋的特點(diǎn)

單索面斜拉橋?qū)⒗鞑贾迷诹后w中央，簡(jiǎn)潔優(yōu)美，避免了雙索面交錯(cuò)混亂的感覺(jué)。行車(chē)視野開(kāi)闊。除了美觀之外，單雙索面的布置形式對(duì)主梁也有不同影響：

（1）錨固點(diǎn)的設(shè)計(jì)：?jiǎn)嗡髅娌贾玫乃髁^雙索面較為集中，因此錨固構(gòu)件會(huì)更厚。

（2）單索面斜拉橋中，索力于主梁的中間向兩邊傳遞。但雙索面中，索力于主梁的兩邊向中間傳遞。但力的大小相同。

（3）對(duì)于單面式斜拉橋，橋面上的不對(duì)稱(chēng)車(chē)輛荷載基本不會(huì)影響索力的差異。但采取開(kāi)口截面的雙索面斜拉橋，車(chē)輛偏載會(huì)僅僅使單根索力變化，即車(chē)重僅僅由一邊的拉索承擔(dān)。所以當(dāng)有重車(chē)通過(guò)的時(shí)候，他在雙索面一邊拉索引起的索力變化是單索面拉索的2倍。如果大橋兩個(gè)方向的重車(chē)數(shù)量基本相同的話(huà)，造成的結(jié)果就是雙索面斜拉橋拉索應(yīng)力脈是單索面斜拉橋的2倍，但循環(huán)次數(shù)是其二分之一。疲勞分析中，應(yīng)力脈的幅度比循環(huán)次數(shù)更為重要。因此，對(duì)于拉索疲勞問(wèn)題，雙索面布置的斜拉橋更為不利。

（4）單索面布置本身并不能給主梁提供抗扭支撐，因此其主梁必須設(shè)計(jì)成具有強(qiáng)大扭轉(zhuǎn)剛度的箱形截面。隨著跨度增加，鋼箱梁需增加壁厚或梁高來(lái)增大扭轉(zhuǎn)剛度，這樣一來(lái)斜拉橋的優(yōu)點(diǎn)就沒(méi)有被完全發(fā)揮出來(lái)。例如，第一座雙索面結(jié)合梁斜拉橋胡格利二橋，主梁截面采用鋼板梁加混凝土橋面板的形式。梁高2m，橋面寬35m。主跨457.2m。但上文提到過(guò)的湄南河橋，主跨450m，橋?qū)?3m，但梁高3.99m，大約是胡格利二橋梁高的2倍。

（5）另外從材料用量角度來(lái)講，單索面斜拉橋的橋塔一般集中在行車(chē)道的中部，基本不受橋?qū)挼挠绊?。而雙索面斜拉橋橋塔一般布置在主梁的兩側(cè)。若主梁過(guò)寬，橋塔間距較大，為了保證橋塔的穩(wěn)定性，與其之間設(shè)立橫撐，或者向內(nèi)相交，形成人字形，或?qū)毷螛蛩?。故而單索面橋塔的材料用量有可能小于雙索面的材料用量。對(duì)于橋的拉索，單面式斜拉索直接由橋塔錨固在中間分隔帶上，但雙索面拉索需要分別錨在梁的兩端。因此用索量會(huì)比單索面大。針對(duì)主梁，如前文所述，單索面需要主梁自己承擔(dān)扭矩，因此主梁采用鋼箱梁，為滿(mǎn)足抗扭要求，高度不能太低。因此單索面主梁材料較雙索面用量較多。實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)，需做好經(jīng)濟(jì)比較。

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