走进斜拉桥

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改革开放战略已经在中华大地之上扎根了四十余年，成功带动了我国经济的发展。而经济的发展也带动了其他领域长足的进步。而这就包括桥梁领域。在短短十几年时间之中我国就处于桥梁建设领域的最高峰，各式各样的桥梁遍布祖国大江南北。随着国家精准扶贫战略的实施，近些年来如鸡鸣三省大桥等助力扶贫的桥梁陆续建成。近日武汉杨泗港长江大桥、G4218雅叶高速（雅康段）兴康特大桥顺利贯通，为我国在公路悬索桥方面树立了新的里程碑。尽管悬索桥赚足世人的目光，但是斜拉桥也是桥梁史上的一座丰碑。尽管悬索桥跨度较大，但经济造价较高施工难度大。此时斜拉桥就弥补了悬索桥的缺点，同时斜拉桥建造不需要像悬索桥那样设置笨重的钢索锚碇装置，斜拉桥主梁可以采用扁平断面设计，在抗风稳定性方面比悬索桥优越。那么接下来笔者就会带您走进斜拉桥。

杨泗港长江大桥

兴康特大桥

兴康特大桥

兴康特大桥

兴康特大桥

鸡鸣三省大桥

鸡鸣三省大桥

（一）何为斜拉桥

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。斜拉桥主要由索塔、主梁、斜拉索组成。作为一种拉索支撑体系，斜拉桥比梁式桥具有更大的跨越能力，在技术方案合理的跨径范围内，斜拉桥比悬索桥具有更好的经济性。特别是近年随着超静定结构设计计算理论的快速发展、斜拉索材料制造和各种防腐工艺的发展、钢与混凝土同时采用的结合梁斜拉桥和混合梁斜拉桥技术的发展，斜拉桥建造技术突飞猛进。因此尽管斜拉桥建造历史比悬索桥更晚，但发展极为迅速，已经成为大跨径桥梁的最主要桥型。

（二）斜拉桥的结构体系

斜拉桥是由上部结构的主梁、拉索、索塔及下部结构的桥墩、桥台四种基本构件组成的组合体系桥梁。斜拉桥结构体系可根据主梁、拉索、索塔和桥墩的不同组合分为以下主要四种：

1、塔墩固结、塔梁分离的漂浮体系。主梁除两端支撑外，其余全部由拉索支承，主梁成为一根可在纵向稍作浮动的单跨梁；

2、塔墩固结、塔梁分离，在塔墩处主梁下设置竖向支承的半漂浮体系。主梁在塔墩上设置竖向支撑，主梁成为跨内有多点弹性支承的连续梁；

3、塔梁固结、塔墩分离的塔梁固结体系。斜拉索变为弹性支撑，主梁相当于顶面用拉索加强的连续梁，一般用于小跨径斜拉桥；

4、塔、梁、索固结的刚构体系。主梁成为在跨内有多点弹性支承的刚构，较适用于独塔斜拉桥。

（三）斜拉桥的主要构件

1、索塔

在斜拉桥的组成构件中，索塔是表达斜拉桥个性和视觉效果的主要结构物，由塔柱、横梁组成。索塔承受的荷载主要由索塔自重、斜拉索传递的水平、竖直分力及风力、地震力等。索塔在顺桥向布置主要有柱形和A字形钢架两种。A字形钢架在顺桥向刚度较大，有利于承受索塔两侧斜拉索的不平衡拉力。横桥向布置主要有柱式、门式、钻石型、倒V形、倒Y形等。

按构造材料分，索塔主要分为混凝土索塔和钢索塔。混凝土索塔可塑性强，造价较低，维修保养费用低。钢索塔抗震性好，施工速度快，施工精度易得到保证，但造价较高，后期维修保养成本较高。近年来修建的斜拉桥大多为混凝土索塔。

2、主梁

斜拉桥主梁的主要作用为：将恒载、活载传递给斜拉索；承受拉索传递的水平分力形成的轴向力，抵抗横向风载和地震荷载并把这些力传递给下部构造。

斜拉桥主梁按材料可分为混凝土梁、钢梁、钢梁上设桥面板的结合梁以及混凝土梁和钢梁混合使用的混合梁四类。

（1）混凝土梁

混凝土梁造价较低，后期养护较钢梁简单，刚度大，抗风稳定系好。但施工速度不如钢梁快，跨越能力较小。混凝土梁跨径一般在500米以内，如大于500米，因混凝土自重较大，斜拉索和桥梁基础造价将大幅提高，将抵消混凝土主梁造价的优越性。

（2）钢梁

钢梁质量轻，跨越性能优良，适用于超大跨度斜拉桥。分析显示，当主跨大于600米时应采用钢梁。主要分为钢箱梁和钢桁梁。钢桁梁主要用于双层桥面或公铁两用桥。

（3）结合梁

结合梁是采用预制混凝土桥面板代替钢箱梁的正交异形钢桥面板形成的钢混结构。它除了具有钢箱梁的优点外，还能节约钢材用量，其刚度及抗风稳定性均优于钢箱梁。由于采用混凝土桥面板，桥面铺装设计和施工变得较为容易，结合部位稳固可靠，增加了耐久性。

（4）混合梁

混合梁是主跨为钢梁，边跨采用混凝土梁的的桥型。适用于边跨和主跨比值较小的桥型。混合梁的钢混结合部位是设计和施工的难点，为减小过渡段受力的不利情况，设计应将钢混结合段选在剪力和弯矩较小的部位，且应从构造措施上保证传力。

现阶段设计还出现了结合梁和混合梁组合使用的构造类型。主跨采用结合梁设计，边跨采用混凝土梁。

3、斜拉索

斜拉索承受桥面传递来的恒载、活载及风载等，并将其传递给主塔。

斜拉索按构造主要整体安装和分散安装的拉索两类。前者的代表为平行钢丝索和冷铸锚，后者为钢绞线斜拉索和夹片锚。

斜拉索与索塔的连接采用在塔壁上设置锚固齿板、槽口或钢锚箱等。拉索与混凝土主梁连接主要采用箱梁内设横隔板锚固或在梁底锚固。钢梁主要采用钢锚梁、锚拉板或设置拉索导管穿过钢梁腹板几种形式。

按斜拉索在纵向的布置可分为辐射式、平行式、扇式等。辐射式斜拉索是将斜拉索汇集到塔顶，使各根斜拉索都均有最大倾角，索力较小，减少了用钢量。平行式各根斜拉索互相平行，倾角相同，塔中压力逐段向下加大，有利于他的稳定性，缺点是用钢量较大。扇式是介于辐射式和平行式之间，兼具了以上两种形式的优点，较多斜拉桥采用这种形式。

下面笔者将用我家乡的一座斜拉桥——宜宾南溪仙源长江公路大桥为例，向大家介绍相关技术。

（四）斜拉桥主要构件建造技术

1、索塔施工技术要点

索塔是斜拉桥重要承重构件，主要承担竖向压力和部分弯矩。在施工过程中受施工偏差、混凝土收缩徐变、基础沉降、温度变化、风荷载等影响，其几何尺寸、平面位置可能出现偏差，不仅影响外观质量，还会给斜拉索的布置、张拉、调整带来困难，甚至影响结构安全。

（1）塔柱的模板设计是保证索塔施工质量和施工精度的根本。塔柱模板系统一般有翻模、滑模和液压爬模几种。液压爬模因具有面板采用木模重量轻、爬升速度快、操作人员少、外观质量好、施工安全性好，同时能适应倾斜度较大的索塔施工的特点，是目前大跨径斜拉桥索塔施工较常采用的模板系统。

（2）塔柱钢筋和劲性骨架施工是索塔施工控制的重点。索塔主筋一般采用大直径（32mm以上）的三级钢筋或四级钢筋，钢筋连接采用直螺纹接头。劲性骨架是为了满足钢筋安装及模板安装的稳定性和定位需要。为方便安装，劲性骨架一般分片制作，通过塔吊提升组合安装定位，劲性骨架定位时需考虑索塔钢筋安装后的偏位。

（3）索塔施工的支撑系统是确保索塔施工线形的关键。下塔柱施工时，塔肢外倾，混凝土和施工荷载作用产生倾覆力矩，内侧根部混凝土产生拉应力。为克服那一索塔根部混凝土的拉应力，一般在下塔柱施工到一定高度后，采用钢绞线对拉两侧塔柱，钢绞线位置、张拉力通过计算确定，对两侧塔肢施加一定拉应力，保证施工过程中各工况塔柱内侧拉应力不超过1MPa。中塔柱施工时，塔肢内倾，两侧塔肢外侧混凝土产生拉应力，为克服混凝土外侧拉应力，一般采用在中塔柱施工到一定高度后，采用刚度足够的钢管设置主动横撑，通过计算确定主动横撑位置、数量及需要施加给塔壁的推力，用千斤顶向中塔柱内壁施加推力，克服中塔柱施工过程中因混凝土自重和施工荷载产生的应力和位移。塔柱支撑系统的设置应取得设计单位的认可。

索塔施工

索塔施工

索塔施工

2、斜拉索安装技术要点

斜拉索是一种柔性拉杆，承受桥面传来的恒载、活载以及风载等，并将其传递到索塔上，是斜拉桥的主要受力构件。

（1）平行钢丝斜拉索安装要点

平行钢丝斜拉索的安装流程为：运输、放索、挂索、张拉锚固、索力调整、安装防护及减震装置等。平行钢丝斜拉索运输较多采用船运，放索装置由放索架、牵引装置、导向装置组成，挂索方法主要分为起吊法、牵引法、承重导索法，施工时应根据实际情况确定挂索使用某一种挂索方法或是几种方法结合使用。斜拉索张拉分为塔端张拉、梁端张拉、塔梁两端同时张拉，由于塔内操作空间较大，张拉机具上下移动较为方便，是较常采用的张拉方法。索塔顺桥向和横桥向拉索必须同步对称张拉，张拉时应对高程、梁段截面应力、应变、塔柱偏位进行测试和观测。主桥合龙后，至少应进行一次全桥索力调整，索力调整方案由设计和监控确定。斜拉桥随着跨径的增加，使得斜拉桥容易受外界因素影响发生震动，斜拉索因具有刚度小、质量轻、阻尼低的特点，也很容易发生震动。较常见的是风雨急振。拉索震动会引起拉索端头部份出现疲劳现象而产生破坏，影响桥梁的使用安全。斜拉索震动的控制方法主要有以下两种：拉索的气动控制法、拉索的阻尼减震发。拉索气动控制法是通过对拉索进行表面处理来改善拉索在风雨作用下的气动特性，较常见的是在拉索表面设置螺旋线，破坏水线和气流的相关性。拉索由于其阻尼小而易于发生震动，增加拉索的结构阻尼是抑制拉索震动最有效、最直接的办法。较常见的有橡胶阻尼器、液压阻尼器、黏性剪切阻尼器。黏性剪切阻尼器利用高效黏性阻尼材料的剪切阻尼，将斜拉索的动能转化为高分子材料的化学能，从而达到消能减震的效果，是目前大跨径斜拉桥较常采用的减震器类型。

（2）钢绞线斜拉索安装技术要点

钢绞线斜拉索施工步骤为：钢绞线工厂制作、运输、下料、挂索、单根张拉、二次整体张拉、附件安装及防腐处理、HDPE导管安装。

钢绞线斜拉索张拉与平行钢丝斜拉索的区别在于钢绞线斜拉索采取先单根后整体的张拉方法，控制的关键点在于如何保证单根钢绞线索力的均匀性。通常的做法是采用将传感器安装在选定的钢绞线张拉端上，以后每根钢绞线的张拉力按传感器变化值进行控制。单根张拉完成后在整体进行二次张拉。钢绞线斜拉索拉索自由段喷涂环氧涂层后有较好的防腐性能，斜拉索防腐的重点在上下锚头，一般采取灌注油脂的方法进行防腐，控制的要点一是要保证油脂灌满保护罩，二是要保证保护罩密封可靠，油脂不渗漏。

3、主梁施工技术要点

斜拉桥主梁直接承受桥面荷载，主要作用是：将桥面荷载传递给斜拉索；与拉索及索塔一起形成整体，承受斜拉索水平分力产生的轴向力；抵抗横向风载及地震荷载等，并将这些力传递给桥梁下部结构。斜拉桥主梁在施工过程中内力需要经过多次转换及重分配，最终变成设计的多支点弹性梁体系。

斜拉桥主梁主要分为预应力混凝土主梁、钢主梁、钢-混凝土结合梁和钢-混凝土混合梁几种。混凝土主梁具有造价相对较低，后期养护费用低，刚度大挠度较小，抗风稳定性好的特点。钢主梁具有质量轻、跨越性能优良、动力特性好的特点，研究表明，当斜拉桥主跨大于600米时，应采用钢主梁。结合梁是指钢主梁与混凝土桥面板共同受力的梁体结构，其刚度和抗风稳定性优于钢梁，能节省用钢量，桥面铺装工艺成熟简单，质量易于保证。混合梁是指主跨采用钢梁，边跨采用混凝土梁的桥型，适用于边跨与主跨跨径比值较小的桥型。优于中跨钢梁重量较轻，边跨混凝土梁自重及刚度较大，减小了主跨梁体内力，降低边跨端支点的负反力，从而加大了主跨的跨越能力。需要注意的是，钢混结合部位是混合梁最容易出现问题的地方，从设计上应将钢混结合部位选择在弯矩和剪力相对较小的部位，从结合部位的构造上还应能保证传力。而宜宾南溪仙源长江公路大桥采用叠合梁以及混合梁的方式。

（1）叠合梁施工要点

（2）混合梁施工要点

混合梁钢梁部分采取悬臂对称拼装，边跨混凝土梁采用现浇方式施工。钢、混凝土结合部位应先期结合，待混凝土收缩徐变完成后在进行边、中跨合龙。钢-混凝土梁的结合部预埋在混凝土梁端，与边跨合龙段连接的过渡段钢梁属于主梁应力体系转换的一部分，施工难度较大应重点控制，边跨现浇混凝土梁的支架体系也是施工的关键点。

（五）施工标准化

以宜宾南溪仙源长江公路大桥工地为例，施工过程标准安全，让我们一起来看看吧。南溪仙源长江大桥，总投资6.5亿元，由四川省交通运输厅公路规划勘察设计研究院设计，四川省公路工程监理事务所监理，四川路桥集团承建。大桥为《四川省普通省道 布局规划（2014-2030年）》中省道S437线（毗卢（泸县）—长宁）的控制性工程。大桥北接宜宾市南溪区罗龙街道凤凰大道，接入国道G353线（原S307泸州—盐源线）；南接宜宾市南溪区江南镇长江2号大道。大桥桥位路线全长2100米，桥长1499米，北岸引道接线144.82米，南岸引道接线452.18米，主桥宽30.5m，为主跨572m双塔双索面叠合梁斜拉桥，北岸边跨及主跨主梁采用钢-混叠合梁，南岸边跨主梁因配重需要采用双纵肋混凝土主梁并设置2个辅助墩，桥塔采用花瓶形塔，空间索面，系世界首例两侧边跨形式及跨度均不对称的双工字形叠合梁混合梁斜拉桥，索塔为箱型混凝土结构，钻石形索塔。索塔包括上塔柱、中塔柱、下塔柱及下横梁，北岸索塔高190.7m，南岸索塔高180.2m。大桥于2015年开工建设，2019年1月30日大桥建成通车。

南溪仙源长江公路大桥桥塔

南溪仙源长江公路大桥合龙

南溪仙源长江公路大桥合龙

南溪仙源长江公路大桥合龙

南溪仙源长江公路大桥

南溪仙源长江公路大桥

南溪仙源长江公路大桥

南溪仙源长江公路大桥

南溪仙源长江公路大桥通车仪式

南溪仙源长江公路大桥通车仪式

南溪仙源长江公路大桥

南溪仙源长江公路大桥

南溪仙源长江公路大桥

南溪仙源长江公路大桥

南溪仙源长江公路大桥南岸

南溪仙源长江公路大桥

南溪仙源长江公路大桥

南溪仙源长江公路大桥

南溪仙源长江公路大桥夜景

南溪仙源长江公路大桥夜景

南溪仙源长江公路大桥夜景

南溪仙源长江公路大桥夜景

南溪仙源长江公路大桥

南溪仙源长江公路大桥夜景

南溪仙源长江公路大桥

南溪仙源长江公路大桥

南溪仙源长江公路大桥

南溪仙源长江公路大桥

南溪仙源长江公路大桥

（1）临建标准化

项目试验室驻地建设、人员配置、仪器设备标准化

项目试验室驻地建设、人员配置、仪器设备标准化

监理试验室外景

水泥室

预制场

预制场

预制场建设：项目预制梁场场地布置合理、排水畅通、分区作业、分区配电、材料设备集中堆放。

预制板二维码

预制板成品采用二维码识别系统，通过二维码扫描可获取桥面板详细信息。

采用自动喷淋养生系统

采用自动喷淋养生系统

采用自动喷淋养生系统，供水系统全部埋入地下。养生效果好，场地整洁。