斜拉桥构造特点及优势

1.主梁截面

斜拉桥的主梁截面形式根据所用材料（混凝土、钢或两者）及索面的布置方式有所不同。一般而言，在主梁的横截面形式方面，梁式桥主梁的不少横截面形式都可用于斜拉桥，但需注意到由于梁在跨间支承在一排或两排拉索支点上，因此要求横截面的抗扭刚度比较好，而且便于拉索与主梁的连接。因此一般不用T形截面。

混凝土主梁的常用横截面形式如图8.51所示，图（a）为板式截面，结构最简单，为了锚固拉索，板边时常需要加厚。它的建筑高度小，在索距较密而桥宽不大的情况下，尚能满足一定的抗扭能力要求，因此在条件适合时可采用。图（b）是经过风洞试验分析得到的一种风动力性能良好的半封闭箱形截面。此截面两侧为三角形封闭箱，端部加厚以锚固拉索。两三角形间为整体桥面板，除个别需要的梁段外，不设底板。此种截面在满足抗弯、抗扭刚度的要求下，有良好的抗风动力性能，适合于索距较密的宽桥。图（c）为板式边主梁截面，为常用双主梁截面的一种改进形式。双主梁可靠边布置，也可向里布置（外侧形成人行道悬臂板）；视桥面宽度，可设（或不设）横梁以及两主梁之间的小纵梁。这种截面形式构造简单，施工方便，用料较省。图（d）的闭合箱形截面有极大的抗弯和抗扭能力，尤其适用于拉索为单平面布置的斜拉桥。将外侧腹板做成倾斜式，既可改善风动力性能，又可减小墩台宽度。其缺点是节段重量较大，若采用悬臂浇筑，内模装拆较麻烦。图（e）为较典型的单索面单室箱形截面，箱室内沿纵向设置一对预应力加劲斜杆，借以将索力有效地传至整个截面。将中间腹板改为斜撑并增设横撑，可以减轻梁体重量。图（f）为挪威的斯卡尔桑德桥（主跨530m）的主梁截面，其为倒三角形，对抗风特别有利。图（g）表示两个索面靠近桥中央而两侧伸出较长悬臂肋板的截面形式。图（h）为利用三角形构架将两个箱梁连接在一起，加大桥面宽度的一种截面设计。

图8.51　混凝土主梁常用截面形式

钢梁的常用横截面形式主要有双主梁、钢箱梁、桁架梁等。双主梁一般采用两根工字形钢主梁或钢箱梁，上置钢桥面板，主梁之间用钢横梁连接。钢箱梁截面的形式多样，有单箱单室、多箱单室、多箱多室等布置；为提高抗风稳定性，大跨度钢斜拉桥往往采用扁平钢箱梁。斜拉桥采用钢桁梁则主要是为了满足布置双层桥面（公铁两用）的需要。图8.52给出了几座实桥的截面形式。

图8.52　钢主梁常用截面形式

钢斜拉桥（以及后述悬索桥的加劲梁）的桥面往往采用正交异性板（orthotropic plate），其一般构造见第六章图6.8（a）。图8.53所示诺曼底大桥采用正交异性桥面板的钢箱梁透视图。从图中可以看出，组成扁平钢箱的各板上均设置了纵肋，沿梁纵向间隔设置横隔板。为保证横隔板的稳定，也需在板上设置水平及竖向加劲肋。

图8.53　钢箱梁透视图（诺曼底大桥）

结合梁（钢梁与混凝土桥面板）斜拉桥在20世纪80年代才得到发展。与混凝土主梁相比，结合梁自重较小、施工方便；与正交异性钢桥面板相比，混凝土桥面板耐磨耗、造价低。由于构件的工厂制造化程度较高、易于组装，结合梁斜拉桥的建造费用较低。

图8.54（a）所示为加拿大阿克列福拉瑟斜拉桥的主梁截面。拉索锚于两片钢主梁上，钢主梁之间设钢横梁，钢主梁外设人行道钢悬臂梁，梁顶铺设预制混凝土桥面板。图8.54（b）为上海杨浦大桥的主梁截面。主梁采用两个钢制边箱梁与混凝土板叠合的结合梁体系。钢箱梁内设锚箱，两主梁之间设工字钢横梁（纵向间距4.5m）及一根小纵梁，外设人行道挑梁。

各纵横梁的顶面焊有抗剪栓钉与混凝土桥面板连成整体。

图8.54　斜拉桥结合梁示例

斜拉桥主梁与梁桥的主梁的不同之处，还在于必须仔细考虑拉索在主梁上锚固部位的构造。限于篇幅，这里不作赘述。

2.索　塔

斜拉桥索塔的主要构件是以承受压力为主的塔柱。如图8.50所示，塔柱可竖直或倾斜布置，可取单根或多根。当采用多根时，各塔柱之间需布置横梁。图8.55为混凝土斜拉桥常用的花瓶形索塔，整个塔柱由上、中、下三段组成；为简化设计和施工，拉索锚固区可集中布置在上塔柱内。主梁的中间支座布置在下横梁上，该横梁不仅为主梁提供支承，还得承受塔柱因转折而产生的拉力。上横梁主要起联系作用，有必要时，也可在塔顶增设横梁。

图8.55　索塔组成示意

根据材料划分，有混凝土塔、钢塔和钢-混结合的索塔。

混凝土斜拉桥和一部分钢斜拉桥采用混凝土塔，其优点表现在：塔身刚度较大，造价较低，易于成形，养护简单。索塔或塔柱的基本截面形状是矩形，在此基础上，可变化为五角形（矩形靠桥外侧的一边形成转折）、六角形（矩形靠桥上、下游侧的两边均形成转折）、八角形（去掉矩形的四个角）等。对中小跨度的斜拉桥，多采用实心截面；对大跨度斜拉桥，宜采用空心截面。当塔柱为空心截面时，横梁也多如此。沿塔柱高度，可保持截面不变（对中小跨度）或有所变化（尤其对下塔柱）。另外，在拉索锚固区，应水平设置井字形或双U形预应力钢筋，以保证传力可靠，避免混凝土受拉而沿塔柱竖向开裂。

钢斜拉桥可采用钢塔。钢塔柱的基本截面是带竖向加劲肋和水平横隔板的箱形。国外（如日本、德国等）采用钢索塔的实例较多，近年来，我国也开始尝试。(www.xing528.com)

钢-混结合的索塔指出于某种需要（如防撞、防混凝土开裂等），让索塔的下塔柱采用混凝土，其余为钢（如南京长江三桥）；或让拉索锚固区为钢，其余为混凝土（如苏通长江大桥）。比照混合梁斜拉桥的定义，可将这类索塔称为混合塔。其关键技术是要处理好钢-混结合段的设计与施工。

3.拉　索

（1）拉索的构造

拉索对斜拉桥的工作状态影响很大，而且其造价一般占全桥的25%～30%，因此对其构造要予以高度重视。

斜拉桥的拉索材料一般采用平行钢丝索、钢绞线索和封闭式钢索等，在某些斜拉桥上也用过高强钢筋和型钢。我国斜拉桥常用 φ5～φ7mm 高强钢丝组成的平行钢丝索或 φ15mm钢绞线组成的平行钢绞线索。

平行钢丝股索（Parallel Wire Strand，简称PWS）是将一定根数（19，37，61，91，127，…）的（镀锌）钢丝平行地捆扎成股，钢丝顺直无扭转，截面为六边形。在大多数情况下，每根拉索由若干股PWS组成。一根PWS的截面如图8.56（a）所示。平行钢丝索（Parallel Wire Cable，PWC）的截面如图8.56（b）所示，它由若干平行钢丝组成，截面不要求是六边形，钢丝根数可按受力要求选定。对较长的拉索，为满足运输要求（可缠绕在卷筒上），需要使拉索具有一定的扭角；而为了维持拉索的物理性能，扭角不能大（一般小于4°）。这样的PWS和PWC就称为新型PWS和螺旋形PWC。

若将7丝钢绞线按PWS的排列方法布置成六角形截面，即为传统的平行钢绞线索（Parallel Strand Cable，PSC），见图8.56（c）。用7根钢绞线（每根包含7丝，或19丝，或37丝等）在工厂扭结而成的钢绞线索称为螺旋形钢绞线索（Spiral Strand Cable，SSC），也可用于斜拉桥的拉索。目前采用的钢绞线拉索体系则以群锚（夹片锚）为基础，拉索由多股7丝钢绞线组成，其排列方式与锚板孔位一致，无需彼此密贴。

封闭式拉索（见图8.56（d））最早由德国生产，并用于悬索桥和斜拉桥中。封闭式拉索的中心有一些圆钢丝，外面则由几层楔形和 Z 形的异形钢丝组成。这种拉索的材料密度达到90%，由于其构造紧密，表面封闭，因此运输、安装和防锈蚀都较简便。虽然其刚度大，但做成螺旋形后，也具有一定的柔软性。

图8.56　拉索的截面

用平行排列的粗钢筋作为拉索，在少数斜拉桥中有过成功的运用。粗钢筋抗锈蚀能力好，便于锚固是其优点，但强度较低，材料长度较短（有时需要接长），运用有一定困难，故在斜拉桥中用得较少。

平行钢丝索在工厂制造，通常配合具有良好抗疲劳性能的冷铸镦头锚使用。它是先在锚板上钻孔（孔径稍大于钢丝直径），然后穿过钢丝，使用镦头机在每根钢丝的端头镦头，最后进行整体张拉锚固，镦头就被支承在锚板上。图8.57（a）为冷铸镦头锚示意图。平行钢绞线索在工厂制成半成品（指对每股钢绞线均进行了防护处理），在现场装配成整索，需配合夹片锚使用。拉索用夹片锚为群锚体系，挂索张拉时，需先对每股钢绞线单独施锚，并采取措施保证各股钢绞线受力均匀、保证夹片在低应力状态下不松脱，然后按要求进行整体张拉。图8.57（b）为平行钢绞线拉索体系示意图。

图8.57　拉索锚具体系

（2）拉索的防护

为了提高拉索的耐久性，延长使用寿命，减少养护工作，对拉索的防护要倍加重视。防护工作的目的主要是防止拉索锈蚀，重点在拉索两端锚固区，为此要求锚固区防护体系的构造合理，防护层有足够强度而不致开裂，有良好的附着性而不脱落，有良好的耐久性以延长使用寿命。由于拉索的构造不同，防护方法也有所不同。

防护分为钢丝的防护和拉索（索体及锚固区）的防护。钢丝的防护主要采用镀锌或环氧涂层的办法，以便在制造过程中钢丝不致锈蚀。注意在防护前应将表面油脂及锈迹去掉，但不要用喷砂或抛丸的办法，以防损伤钢材表面形成应力集中，也不要用酸洗的方法以免发生氢脆。

索体的外层防护分柔性索套、半刚性索套和刚性索套三种。

柔性索套是用得最多的一种，用复合材料做成。其可分为压浆和非压浆拉索。早期斜拉桥采用过压浆拉索。一般做法是：在拉索外层用沥青或树脂材料涂抹，然后用玻璃丝布和树脂（环氧树脂、丙烯酸树脂或环氧—聚硫橡胶等）缠涂三层，最后外套聚氯乙烯套管（简称PE 套管，其与拉索间留有空隙），并在管内压入水泥浆或树脂。目前采用的拉索为非压浆拉索。对平行钢丝索而言，其防护体系在工厂制造时就已完成。一般先用防腐卷带（玻璃丝布等）将排列成六角形的镀锌钢丝包扎定型，然后在外热挤PE护套，形成如图8.58（a）所示的圆形截面。对平行钢绞线索，先在工厂对各股镀锌或环氧钢绞线挤涂油脂并热挤 PE 护套（图8.58（b）），再在工地安装钢绞线索的 PE 外护管。上述防护方法使索仍能有较大的横向变位，因此称为柔性索套。

图8.58　拉索的防护

半刚性索和刚性索的索套用钢筋混凝土、预应力混凝土或钢材做成。这些材料做成的套管，若容许拉索有一定柔性的则是半刚性的，否则为刚性的。采用混凝土索套时，需要对其施加预应力，以免在反复荷载或动力荷载作用下混凝土开裂。半刚性索套的实例极少，刚性索套可以减小体系挠度，节省用钢量，但施工较复杂，索套迎风面积大（对抗风不利），曾用于矮塔斜拉桥中。

拉索锚固区应设置密封装置，装置内灌注防腐油脂等进行防腐。