斜拉橋是梁橋、拱橋、懸索橋三大體系之外的全新橋型。17 世紀以后,歐洲曾出現(xiàn)過一些具有斜拉概念的人行橋,由于當時的鋼材強度有限,即使是人行橋,其拉索還是不盡人意。此外,斜拉橋?qū)俣啻纬o定結(jié)構(gòu),受力的計算十分復雜,在當時尚不具備計算手段,因此,這一橋型備受冷落。直到20 世紀五十年代,真正現(xiàn)代意義的斜拉橋在瑞典誕生??梢哉f斜拉橋是最年輕的橋梁體系,至今不過半個世紀的歷史,即使從斜拉的概念出現(xiàn)算起也不過300 年歷史。
斜拉橋是一種多次超靜定結(jié)構(gòu),從索塔上用若干根拉索將梁吊起,使梁跨內(nèi)增加了一系列彈性支點,從而減小了梁內(nèi)彎矩,達到增加跨徑的目的。現(xiàn)代斜拉橋僅發(fā)展了50 年,其跨徑已超過了800 米,這是梁橋和拱橋難以企及的,是大跨徑橋梁方案的有力競爭者;斜拉橋的整體剛度好于懸索橋,具有比后者更好的抗風穩(wěn)定性,是風暴活動頻繁地區(qū)大跨徑橋梁的優(yōu)選對象;此外,斜拉橋還有無集中錨錠構(gòu)造,可進行無支架施工,與懸索橋比造價低等優(yōu)點。
斜拉橋主要由主梁、橋塔和拉索三部分組成,這三個部分的不同結(jié)構(gòu)的組合,構(gòu)成了斜拉橋的不同類型。根據(jù)塔的數(shù)量可分成單塔、雙塔和三塔等;根據(jù)塔的形狀可分為單柱式、雙柱式、門式、H 形、A 形、倒Y 形和鉆石形等:根據(jù)拉索布置可分為輻射式、平行式、扇式和星式;根據(jù)索面分類可分成雙垂直平面、雙斜面和單平面等;根據(jù)主梁的材料可分為混凝土梁、鋼桁架梁、鋼箱梁、鋼管混凝土桁架梁和結(jié)合梁等。另外,索塔與主梁的結(jié)合方式,索塔與橋墩的結(jié)合方式也各有不同。構(gòu)成塔、梁、墩固結(jié);塔墩固結(jié)梁下設(shè)支座;以及塔墩固結(jié),梁下不設(shè)支座的漂浮體系。前者剛度大,反而對抗震不利,已較少采用。梁下設(shè)支座,雖可減少塔柱彎矩,但支反力大,對支座構(gòu)造要求高,也已較少采用?,F(xiàn)在多采用的是漂浮體系,既不增加塔柱彎矩,而且對地震動力響應(yīng)較小。綜上所述,各種不同形式的組合,必將造成斜拉橋的多種姿態(tài),使這一橋型精彩紛呈。
混凝土斜拉橋
現(xiàn)代斜拉橋是20 世紀六十年代傳人中國的,1975 年建成了四川省云安橋(現(xiàn)重慶市,主跨75 . 84 米)和上海市松江新五橋(主跨54 米),這些試驗性的混凝土斜拉橋,跨徑雖小,但這是對中國傳統(tǒng)橋梁體系的挑戰(zhàn),在中國橋梁史上具有劃時代的意義。
1976 年臺灣省將原來的一座懸索橋― 光復大橋改造成斜拉橋(主跨134 米); 1981 年四川省三臺縣建成了跨徑為128 米的預應(yīng)力混凝土斜拉橋― 三臺涪江橋,是繼光復大橋之后中國第二座跨徑百米以上的現(xiàn)代預應(yīng)力混凝土斜拉橋。同年,遼寧省建成了長興島大橋,跨徑達176 米。緊接著上海市泖港橋和山東省濟南黃河橋的建成,使斜拉橋的跨徑突破了200 米,進人大發(fā)展階段。由于預應(yīng)力混凝土斜拉橋的造價低,施工技術(shù)日趨成熟等優(yōu)點,在中國修建較多。
獨塔斜拉橋。自1983 年浙江省章鎮(zhèn)橋修建以來,因地形所需修建了多座獨塔斜拉橋,其中重慶市1988 年建成石門大橋,其跨徑為200 十230 米;1999 年,臺灣省建成了跨徑為180 + 330 米的高屏溪大橋。
雙塔斜拉橋。由于主跨跨徑較大,是斜拉橋常采用的形式,主跨400 米以上的混凝土斜拉橋,中國有7 座,其中1993 年建成的湖北省鄖陽漢江大橋首次采用邊跨43 米地錨式平衡重錨固橋臺,主跨達414 米;1995 年建成的安徽省銅陵長江大橋,主跨達432 米;2001 年建成的重慶大佛寺長江大橋主跨達450 米;2002 年建成的湖北省鄂黃長江公路橋主跨480 米,同年建成的荊州長江公路橋主跨更達到了500 米。
三塔斜拉橋。三塔斜拉橋的設(shè)計難度要比雙塔斜拉橋大。近年來,中國已建成了幾座,大跨徑的有香港汀九橋(主跨448 + 475 米)、湖南省岳陽洞庭湖大橋(主跨2 x 310 米)和湖北省宜昌夷陵長江大橋(主跨2 x 348 米)。其中,汀九大橋是世界跨徑最大的三塔斜拉橋,宜昌夷陵長江大橋是世界跨徑最大的混凝土斜拉橋。
混凝土斜拉橋結(jié)構(gòu)千姿百態(tài),是橋梁家族中的一顆冉冉升起的新星。
鋼斜拉橋
在混凝土斜拉橋大量修建的同時,隨著跨越大江大河或海灣海峽的更大跨徑的需要,以及建橋速度和質(zhì)量的要求,中國鋼斜拉橋得到了令人矚目的發(fā)展。
山東省勝利黃河大橋為了開采油田而建,要求縮較短的建橋周期,于是采用建造速度較快的鋼箱梁斜拉橋方案,1987 年建成了第一座鋼斜拉橋,主跨為288 米;2000 年建成的的安徽蕪湖長江大橋,是一座鋼桁架結(jié)合梁公鐵兩用低塔斜拉橋,跨徑為312 米;同年建成的江蘇省南京長江第二大橋南汊橋為主跨628 米的鋼箱梁斜拉橋,其跨徑居中國斜拉橋跨徑之首。
結(jié)合梁斜拉橋
結(jié)合梁斜拉橋具有鋼梁吊裝重量輕,施工方便,鋼筋混凝土橋面板又具有剛度大,耐久性好等優(yōu)點,近十年修建的上海市南浦大橋、楊浦大橋,主跨分別為423 米和602 米;2001 年建成的福建省青州閩江大橋,主跨達到605 米,居世界此類橋型之首。
混合梁斜拉橋
隨著跨徑的增大,邊跨、主跨比例的減小,為了求得恒載的平衡,近十年又出現(xiàn)邊、主跨采用不同材料的斜拉橋,稱為混合梁斜拉橋。主跨鋼梁,邊跨混凝土梁的混合梁斜拉橋在中國已不鮮見,廣東省的汕頭礐石大橋,主跨鋼箱梁518 米,于1999 年建成;2000 年臺灣省高屏溪大橋為獨塔斜拉橋,其主跨330 米采用鋼箱梁,邊跨188 米采用混凝土箱梁;2000 年建成的湖北省武漢白沙洲長江公路大橋,主跨達618 米,排名混合梁斜拉橋跨徑世界第三。
主跨結(jié)合梁、邊跨混凝土梁的混合梁斜拉橋,第一座是1996 年建成的上海徐浦大橋,主跨達590 米;1997 年建成的香港汲水門橋和廣州鶴洞大橋,均是此類橋型的佼佼者。
除混凝土斜拉橋、鋼斜拉橋、結(jié)合梁斜拉橋和混合梁斜拉橋外,中國還修建有主梁為鋼管混凝土空間桁架的斜拉橋,1997 年建成的廣東省南海紫洞大橋和2001 年建成的重慶市萬安大橋均屬此類。據(jù)統(tǒng)計,近30 年以來,中國已建成斜拉橋100 多座,是世界上修建斜拉橋最多的國家,其中跨徑400 米以上的有20 座之多,亦居世界之首。中國的斜拉橋在結(jié)構(gòu)形式、設(shè)計理論、計算方法和施工工藝等方面日臻完美,其修建水平處于世界前列。