斜拉桥是梁桥、拱桥、悬索桥三大体系之外的全新桥型。17 世纪以后,欧洲曾出现过一些具有斜拉概念的人行桥,由于当时的钢材强度有限,即使是人行桥,其拉索还是不尽人意。此外,斜拉桥属多次超静定结构,受力的计算十分复杂,在当时尚不具备计算手段,因此,这一桥型备受冷落。直到20 世纪五十年代,真正现代意义的斜拉桥在瑞典诞生。可以说斜拉桥是最年轻的桥梁体系,至今不过半个世纪的历史,即使从斜拉的概念出现算起也不过300 年历史。
斜拉桥是一种多次超静定结构,从索塔上用若干根拉索将梁吊起,使梁跨内增加了一系列弹性支点,从而减小了梁内弯矩,达到增加跨径的目的。现代斜拉桥仅发展了50 年,其跨径已超过了800 米,这是梁桥和拱桥难以企及的,是大跨径桥梁方案的有力竞争者;斜拉桥的整体刚度好于悬索桥,具有比后者更好的抗风稳定性,是风暴活动频繁地区大跨径桥梁的优选对象;此外,斜拉桥还有无集中锚锭构造,可进行无支架施工,与悬索桥比造价低等优点。
斜拉桥主要由主梁、桥塔和拉索三部分组成,这三个部分的不同结构的组合,构成了斜拉桥的不同类型。根据塔的数量可分成单塔、双塔和三塔等;根据塔的形状可分为单柱式、双柱式、门式、H 形、A 形、倒Y 形和钻石形等:根据拉索布置可分为辐射式、平行式、扇式和星式;根据索面分类可分成双垂直平面、双斜面和单平面等;根据主梁的材料可分为混凝土梁、钢桁架梁、钢箱梁、钢管混凝土桁架梁和结合梁等。另外,索塔与主梁的结合方式,索塔与桥墩的结合方式也各有不同。构成塔、梁、墩固结;塔墩固结梁下设支座;以及塔墩固结,梁下不设支座的漂浮体系。前者刚度大,反而对抗震不利,已较少采用。梁下设支座,虽可减少塔柱弯矩,但支反力大,对支座构造要求高,也已较少采用。现在多采用的是漂浮体系,既不增加塔柱弯矩,而且对地震动力响应较小。综上所述,各种不同形式的组合,必将造成斜拉桥的多种姿态,使这一桥型精彩纷呈。
混凝土斜拉桥
现代斜拉桥是20 世纪六十年代传人中国的,1975 年建成了四川省云安桥(现重庆市,主跨75 . 84 米)和上海市松江新五桥(主跨54 米),这些试验性的混凝土斜拉桥,跨径虽小,但这是对中国传统桥梁体系的挑战,在
史上具有划时代的意义。
1976 年台湾省将原来的一座悬索桥― 光复大桥改造成斜拉桥(主跨134 米); 1981 年四川省三台县建成了跨径为128 米的预应力混凝土斜拉桥― 三台涪江桥,是继光复大桥之后中国第二座跨径百米以上的现代预应力混凝土斜拉桥。同年,辽宁省建成了长兴岛大桥,跨径达176 米。紧接着上海市泖港桥和山东省济南黄河桥的建成,使斜拉桥的跨径突破了200 米,进人大发展阶段。由于预应力混凝土斜拉桥的造价低,施工技术日趋成熟等优点,在中国修建较多。
独塔斜拉桥。自1983 年浙江省章镇桥修建以来,因地形所需修建了多座独塔斜拉桥,其中重庆市1988 年建成石门大桥,其跨径为200 十230 米;1999 年,台湾省建成了跨径为180 + 330 米的高屏溪大桥。
双塔斜拉桥。由于主跨跨径较大,是斜拉桥常采用的形式,主跨400 米以上的混凝土斜拉桥,中国有7 座,其中1993 年建成的湖北省郧阳汉江大桥首次采用边跨43 米地锚式平衡重锚固桥台,主跨达414 米;1995 年建成的安徽省铜陵长江大桥,主跨达432 米;2001 年建成的重庆大佛寺长江大桥主跨达450 米;2002 年建成的湖北省鄂黄长江公路桥主跨480 米,同年建成的荆州长江公路桥主跨更达到了500 米。
三塔斜拉桥。三塔斜拉桥的设计难度要比双塔斜拉桥大。近年来,中国已建成了几座,大跨径的有香港汀九桥(主跨448 + 475 米)、湖南省岳阳洞庭湖大桥(主跨2 x 310 米)和湖北省宜昌夷陵长江大桥(主跨2 x 348 米)。其中,汀九大桥是世界跨径最大的三塔斜拉桥,宜昌夷陵长江大桥是世界跨径最大的混凝土斜拉桥。
混凝土斜拉桥结构千姿百态,是桥梁家族中的一颗冉冉升起的新星。
钢斜拉桥
在混凝土斜拉桥大量修建的同时,随着跨越大江大河或海湾海峡的更大跨径的需要,以及建桥速度和质量的要求,中国钢斜拉桥得到了令人瞩目的发展。
山东省胜利黄河大桥为了开采油田而建,要求缩较短的建桥周期,于是采用建造速度较快的钢箱梁斜拉桥方案,1987 年建成了第一座钢斜拉桥,主跨为288 米;2000 年建成的的安徽芜湖长江大桥,是一座钢桁架结合梁公铁两用低塔斜拉桥,跨径为312 米;同年建成的江苏省南京长江第二大桥南汊桥为主跨628 米的钢箱梁斜拉桥,其跨径居中国斜拉桥跨径之首。
结合梁斜拉桥
结合梁斜拉桥具有钢梁吊装重量轻,施工方便,钢筋混凝土桥面板又具有刚度大,耐久性好等优点,近十年修建的上海市南浦大桥、杨浦大桥,主跨分别为423 米和602 米;2001 年建成的福建省青州闽江大桥,主跨达到605 米,居世界此类桥型之首。
混合梁斜拉桥
随着跨径的增大,边跨、主跨比例的减小,为了求得恒载的平衡,近十年又出现边、主跨采用不同材料的斜拉桥,称为混合梁斜拉桥。主跨钢梁,边跨混凝土梁的混合梁斜拉桥在中国已不鲜见,广东省的汕头礐石大桥,主跨钢箱梁518 米,于1999 年建成;2000 年台湾省高屏溪大桥为独塔斜拉桥,其主跨330 米采用钢箱梁,边跨188 米采用混凝土箱梁;2000 年建成的湖北省武汉白沙洲长江
,主跨达618 米,排名混合梁斜拉桥跨径世界第三。
主跨结合梁、边跨混凝土梁的混合梁斜拉桥,第一座是1996 年建成的上海徐浦大桥,主跨达590 米;1997 年建成的香港汲水门桥和广州鹤洞大桥,均是此类桥型的佼佼者。
除混凝土斜拉桥、钢斜拉桥、结合梁斜拉桥和混合梁斜拉桥外,中国还修建有主梁为钢管混凝土空间桁架的斜拉桥,1997 年建成的广东省南海紫洞大桥和2001 年建成的重庆市万安大桥均属此类。据统计,近30 年以来,中国已建成斜拉桥100 多座,是世界上修建斜拉桥最多的国家,其中跨径400 米以上的有20 座之多,亦居世界之首。中国的斜拉桥在结构形式、设计理论、计算方法和施工工艺等方面日臻完美,其修建水平处于世界前列。