斜拉桥布置：双塔三跨式、无背索斜拉桥的形式

1.孔跨布置

斜拉桥最典型的孔跨布置形式为双塔三跨式（图8.43（a））与独塔双跨式（图8.43（b））。在特殊情况下，斜拉桥也可以布置成独塔单跨式及多塔多跨式等。

双塔三跨式是一种最常见的斜拉桥孔跨布置方式。由于它的主孔跨度较大，一般可适用于跨越较宽的河流。在跨越河流时，可用主孔一跨跨越，将两个桥塔设在河滩浅水处，两个边跨设在靠岸边；也可以将两个桥塔设在河中，用三孔来跨越整个河道或主航道。

图8.43　斜拉桥简图

双塔三跨式斜拉桥可以布置成两个边跨跨度相等的对称形式，也可以布置成两个边跨跨度不等的非对称形式，且可根据需要在两边跨内布置数量相等或不等的中间辅助墩，以提高结构体系的刚度。图8.44为南京长江二桥的孔跨布置。

图8.44　南京长江二桥的孔跨布置（单位：cm）

双塔三跨式斜拉桥的主跨跨度L2和边跨跨度L1（见图8.43（a））的比例关系，根据国外斜拉桥的统计资料为：

钢斜拉桥　　　　（L2/L1）=2.2～2.5

包括各类斜拉桥　（L2/L1）=2.0～3.0

独塔双跨式斜拉桥也是一种较为常见的孔跨布置方式，由于它的主孔跨径一般比双塔三跨式的主孔跨径小，故特别适用于跨越中等宽度的河流、谷地及交通道路。当采用双塔不经济时，可采用独塔跨越较宽河流的主航道部分，例如美国东亨丁顿桥、四川宜宾金沙江中坝大桥等。采用独塔双跨式时，根据河道情况，可以用两跨跨越河流，将桥塔设在河道中适当位置；也可以用主跨跨越河流，将桥塔及边跨设在靠岸边。

独塔双跨式斜拉桥可以布置成两跨不对称的形式，即分为主跨与边跨，也可以布置成两跨对称，即等跨形式。其中以两跨不对称的形式较多，也较合理。

独塔双跨式斜拉桥的主跨L2和边跨L1（见图8.43（b））的比值，根据国外斜拉桥的统计资料为：

（L2/L1）=1.2～2.0

多数接近1.5。

为增加主跨跨度，可将独塔双跨式斜拉桥的主跨梁端与连续刚构相连，形成带协作体系的混凝土斜拉桥，如广东西江金马大桥。另外，在适宜的地形条件下，有时也可采用独塔单跨式斜拉桥，此时边跨跨度很小甚至没有边跨，靠岸边的拉索（背索）直接锚固在地面锚碇上。

在跨越宽阔水面或谷地时，由于桥梁长度大，必要时也可采用3塔或多塔斜拉桥，如宜昌夷陵长江大桥（3塔）、香港汀九大桥（3塔，塔高不同）、希腊Rion-Antirion桥（4塔）和法国Millau高架桥（7塔，其总体布置见图8.45）等。由于中间桥塔没有端锚索（参见图8.43）来有效地限制塔顶的水平变位，多塔斜拉桥的结构柔性会有所增大。

图8.45　多塔斜拉桥（法国Millau高架桥）

2.主梁的支承体系

斜拉桥在索塔处及墩（含辅助墩）处的支承形式对主梁的受力行为及结构的使用性能影响较大。图8.46为双塔三跨式和独塔双跨式斜拉桥的几种典型支承形式示意。

图8.46　主梁支承条件示意

按支承条件不同，主梁可分为连续梁和连续刚架等。连续梁式如图8.46（a）、（b）所示，这类构造往往在墩台支承处仅用一个固定铰支座，其余为活动支座，梁的温度变位、水平变位等则由拉索予以约束。主梁采用连续梁式可以获得连续梁桥的主要优点，如行车顺畅，伸缩缝少，便于采用连续梁桥的各种施工方法等。图8.46（a）在早期钢斜拉桥中应用较多，图（b）是目前广泛采用的形式，称为半漂浮体系。若将中间支点的支承改为吊索，就形成漂浮体系，它可以减少索塔支点处梁的负弯矩，但梁的横向变位应加以约束。图8.46（c）则为连续刚架式，它与一般刚架不同之处在于，梁、墩与塔在支点处连成整体，形成十字固结，此处要抵抗很大的负弯矩，因此主梁截面要足够强劲，构造也较复杂。这类形式有利于简化平衡对称施工，且抵抗中跨变形的刚度较大。

除上述主梁采用连续梁体系外，曾有个别斜拉桥采用在跨中无索区段插入一段挂梁的形式，其不利于于结构的整体性和桥面的连续性，现已很少采用。此外，也有在主梁跨中设铰的布置，它可以起到缓解温度应力的作用，但同样对行车不利，加之剪力铰可能增加在设计、施工及养护等方面的难度，故一般很少采用。

3.拉索的布置

（1）拉索的索面位置

拉索按其所组成的平面，通常分为单索面和双索面，而双索面又可分为双平行索面和双斜索面。(www.xing528.com)

结合桥面布置，可将双平行索面（图8.47（a））对两索面布置在桥面外缘，或者布置在桥面宽度之内（如人行道内侧）。

当索塔在横向为 A 形、钻石形等时，就可能需要双斜索面（图8.47（b））与之配合。双斜索面的拉索可以提高梁的抗扭能力，抗风动力性能较好。

图8.47　索面布置形式

单平面拉索（图8.47（c））设置在桥梁纵轴线上，这对于设置分车带的桥梁特别合适，基本上不需要增加桥面宽度，具有最小的桥塔尺寸和简洁的视觉效果。但是，单平面拉索只能支承竖向荷载，由于竖向不对称活载或横向荷载（如风力）的作用而使主梁受扭，主梁横截面宜配合采用闭合箱梁。

对特殊情况，可能采用三索面，如武汉天兴洲公铁两用桥。为突出桥梁造型，可能只在主跨内布置拉索，而取消边跨内或岸侧的拉索。具有这样索面布置的斜拉桥称为“无背索斜拉桥”，多在向岸侧倾斜的独塔斜拉桥中采用，工程造价高。

对有景观要求的桥梁（如讲究桥梁造型的城市桥梁和人行桥等），也有采用曲面形（索面形成空间曲面状）的实例。

（2）拉索的索面形状

根据在索面内的布置形状，拉索主要有图8.48所示的3种形式。

图8.48　索面形状

① 辐射形

这种布置方法是将全部拉索汇集到塔顶，使各根拉索都具有可能的最大倾角。由于索力主要由其垂直分力的需要而定，因此索的拉力及截面可较小；而且辐射索使结构形成几何不变体系，对变形及内力分布都有利。这种做法的不足是：有较多数量的拉索汇集到塔顶，将使该处锚头拥挤，构造处理较困难；塔身从顶到底都受到最大压力，自由长度较大，塔身刚度需保证压曲稳定的要求。

② 平行形

这种形式中各拉索彼此平行，各索倾角相同。各对拉索分别锚固在塔的不同高度上，索与塔的连接构造易于处理；由于倾角相同，各索的锚固构造相同，塔中压力逐段向下加大，有利于塔的稳定性。但是索的用钢量较大；由于各对索力的差别，将在塔身各段产生较大的弯矩，对内力及变形的分布较不利，不过可以在边跨内设置辅助墩的办法来加以改善。

③ 扇形

扇形是介于辐射形和平行形之间的形式，一般在塔上和梁上分别按不同的等间距布置，兼顾了以上两种形式的优点而弥补了其不足，因此应用广泛。

除此以外，还有星形（索在塔上分散锚固，在梁上汇集于一处）、混合形（中跨为扇形，边跨为平行形或其他形状，多配合独塔斜拉桥采用）等。

一般情况下，所有拉索的下端均锚固于梁体，上端锚固于塔身。特殊情况下，也可将边跨靠外的部分长索（锚索）锚固于地面。对矮塔斜拉桥，为了减小塔底截面尺寸，可在塔身设置鞍座构造，让索连续通过塔身，两端均锚于梁体。

（3）索距的选择

根据拉索在主梁上的间距，有稀索（对于钢梁，间距一般为30～60m；对于混凝土梁，一般为15～30m）与密索（一般为6～8m）之分。早期斜拉桥多采用稀索，目前则多用密索。密索斜拉桥有下述优点：索间距较短，主梁弯矩可减小；每索的拉力较小，锚固点的构造简单；悬臂施工时所需辅助支撑较少，甚至可以不要；每根拉索的截面及受力较小，易于更换。对钢斜拉桥，将若干根（4根或6根）索集中在一起形成“索组”，适当加大索距，可起到有利于简化钢梁的制造、加快架设速度的效果。

4.索塔的布置

斜拉桥索塔的布置形式分为沿桥纵向的布置形式和沿桥横向的布置形式，其中后者又因索面的布置不同而有所差异。索塔的纵向形式一般为单柱形（图8.49（a））。若需索塔的纵向刚度较大，或者需要有2或4根塔柱来分散索塔的内力时，常常做成如图8.49（b）和图8.49（c）所示的倒 V 形、倒 Y 形或宝塔形等。倒 V 形也可增设一道中间横梁（图 b中虚线所示）变为A形。

图8.49　桥塔的纵向形式

索塔的部分横向结构型式如图8.50所示。图中（1）的（a）为单柱形，（b）为倒V形或A形（增设中间横杆时），（c）为倒Y形。这三种形式都适用于单索面。图中（2）的各种形式都适用于双索面，其中（a）为双柱式，（b）为门式（两根塔柱可以竖直，也可以略带倾斜），（c）为H形（两根塔柱可以是如图所示的折线形，也可以布置成竖直形或倾斜形），（d）是倒V形，与（1）中的（b）基本相同，用于斜向双索面，（e）是倒Y形，与（1）中的（c）基本相同，也用于斜向双索面。

图8.50　索塔的横向形式

在斜拉桥的总体布置中，索塔高度与拉索的倾角有关，故其选取也是涉及工程技术经济指标的一个重要参数。塔的有效高度H一般从桥面以上算起。桥塔越高，拉索的倾角可越大，拉索垂直分力对主梁的支承效果也越好，但桥塔与拉索的材料用量也要增加。因此，桥塔的适宜高度H要由经济比较来决定。根据实桥资料分析，对于双塔斜拉桥，塔高与主跨之比一般为1/7～1/4，其中钢斜拉桥多为1/5；对于独塔斜拉桥，该值一般为1/4.7～1/2.7。