1.3 斜拉桥

斜拉桥是典型的缆索承重体系桥梁之一，结构形式多样。从全桥体系来看，除常规的双塔双索面体系外，双塔单索面、独塔双索面、独塔单索面和多塔多索面等设计多样性使斜拉桥更加贴合桥址处的景观与环境。根据塔、梁、墩相互结合方式，可将其分为漂浮体系、半漂浮体系、塔梁固结体系和刚构体系。按照斜拉索的锚固方式可分为自锚体系、部分地锚体系和地锚体系。一般来说，斜拉桥多数是自锚体系，只有在主跨很大、边跨很小等特殊情况下，少数斜拉桥才采用部分地锚式的锚拉体系，如西班牙巴里奥斯·卢娜桥和湖北郧阳汉江桥。

斜拉索在发展中由稀索向密索演变，逐渐趋于安全和合理。索面形状主要有三种基本类型，即辐射形、竖琴形和扇形。

索塔方面，早期斜拉桥索塔主要使用钢结构，后来混凝土塔越来越多地被使用。鉴于桥梁美学、抗风性能和后期调索的考虑，除门形塔外，倒Y形、钻石形及A形索塔等形式也常被采用。对长大斜拉桥，它们形成的空间索面可使主梁获得较高的扭转自振频率，提高其临界颤振风速，从而被广泛应用。

斜拉桥主梁由最初的钢主梁或混凝土主梁逐渐演变，出现了组合式、混合式等新形式。世界长大斜拉桥主梁类型比例（见图1-47）。

（1）世界斜拉桥的发展。

世界斜拉桥的发展历程可分为古代、近代和现代三个历史阶段，如图1-48所示。我国古代护城河上的吊桥和东南亚地区的原始藤竹索桥都在一定程度上与近代斜拉体系相似。真正意义上的斜拉桥起源于欧洲，1784年德国人勒舍尔建造了一座跨径为32 m的木桥。该桥采用木质桥塔、桥面系及拉杆，是世界上第一座斜拉桥。1821年，法国建筑师叶帕特首次系统地提出了斜拉桥的结构体系。1955年，瑞典建成了世界第一座现代化斜拉桥——主跨182.6 m的斯特罗姆海峡桥。其历史意义在于第一次应用了高强钢丝，并第一次通行了以汽车为代表的现代交通工具。

现代斜拉桥的发展，从拉索布置的角度大体经历了以下三个阶段，同时结构形式也经过多次改进和创新。

第一阶段是20世纪50年代中期至60年代中期，其特征是拉索为稀索体系，采用钢或混凝土梁体，主梁结构以受弯为主。以瑞典斯特罗姆海峡桥（钢梁）和委内瑞拉马拉开波桥（混凝土梁）为典型代表（见图1-49、图1-50）。稀索体系有着结构形式简洁、传力途径明确、易于分析等优点，在当时被应用得最为广泛。

第二阶段是20世纪60年代后期至80年代中期，其特征是拉索逐步采用可更换密索体系；钢或混凝土主梁结构受力以受压为主，截面减小；简化了斜拉索锚固装置，能较显著消除锚固点应力集中现象。同时悬臂法的提出使施工方法得到优化，节省了大量支架的搭设。计算机和有限元技术运用在工程分析领域，极大地提高了高次超静定结构的分析效率，促进了现代斜拉桥密索体系的出现和运用。这一阶段以德国Bound- Nord桥（密索、单索面）和美国P-K桥（密索、双索面，见图1-51）为代表。

第三阶段是从20世纪80年代中期至今，斜拉索普遍采用密索体系，主梁越发趋于轻型化、柔薄化；梁体结构出现了组合式（如加拿大阿力克斯·菲沙桥）、混合式（如法国诺曼底大桥，见图1-52）等新的形式。相应地，梁向轻型化发展，梁高显著减小。

最大跨径方面，图1-53描述了历史上斜拉桥最大跨度的发展。可见，在1991年以前，现代斜拉桥的主跨跨度发展相对较为缓慢。1991年建成的挪威斯堪桑德大桥的主跨跨度为530 m，为预应力混凝土斜拉桥。随着钢材冶炼技术的提高，现代斜拉桥的主跨逐步采用轻质高强的钢主梁，因而1995年诺曼底大桥的主跨显著超越了斯堪桑德大桥的主梁跨度，达到了856 m。直至2008年，我国在大跨度斜拉桥设计与建造方面取得新的突破，利用静力限位与动力阻尼相结合的方法解决了跨径突破千米之后静动力效应难以协调的问题，首创了大型深水基础群桩布置方案和施工控制技术，首次系统提出了千米级斜拉桥的施工全过程高精度控制方法，建成了主跨1 088 m的苏通大桥（见图1-54），将斜拉桥跨径带入千米级别。随后俄罗斯岛大桥（见图1-55）的建成将斜拉桥主跨跨径的世界纪录刷新至1 104 m。

自2008年以后，世界大跨径斜拉桥的设计与建设保持良好势头，但最大跨径在超越千米后便提升得相对缓慢，主要原因有以下几点：①长斜拉索的垂度效应明显，等效弹性模量降低；②索塔过高，塔的稳定性难以保障；③靠近索塔区域的主梁轴向压力过大，容易发生面外屈曲；④全桥柔性过大，更难以满足抗风要求；⑤施工阶段最大悬臂长度过大，施工难度大；⑥经济性不占优势。

（2）国内斜拉桥的发展。

我国第一座斜拉桥是四川云阳桥，建成于1975年，是一座跨径76 m的双塔双索面混凝土斜拉桥。此后在吸收国外先进技术和经验的基础上，我国斜拉桥建设技术取得了快速发展，至今已建成跨径超过400 m的斜拉桥84座，最大跨径达1 092 m。

从我国斜拉桥的技术发展和建设情况来看，大体可分为四个阶段。

1975—1982年是我国斜拉桥发展的起步阶段。这一阶段修建的斜拉桥均为混凝土斜拉桥，多数跨度不大，稀索布置，防护也大多较为简易。以1980年建成的第一座预应力混凝土斜拉桥——三台涪江大桥和1982年建成的跨度为220 m的山东济南黄河斜拉桥为代表，短短七年，我国共建成11座斜拉桥，跨度增加了3倍，这标志着我国已基本掌握斜拉桥设计与施工技术。

1983—1986年是我国斜拉桥发展的第二阶段。由于第一阶段已建斜拉桥的拉索防护，层次多、成本高，或过于简单、不当，危及桥梁安全。因此，这一阶段是促使桥梁工作者进一步思索研究、总结提高的阶段，也是为下一阶段斜拉桥持续发展做准备阶段。这一阶段仅建设了少数几座斜拉桥，却有两座是独塔斜拉桥（四川曾达桥、浙江章镇桥），并对拉索采用聚乙烯（PE）材料进行防护做了有益的尝试。

20世纪80年代中后期至2000年是我国斜拉桥的快速发展阶段。这一阶段修建的斜拉桥达40余座，跨度从200 m到600 m以上。我国早期跨径400 m以上的长大斜拉桥均在此期间设计与建设，我国长大斜拉桥的发展逐步趋于完善和成熟，并开始迈入世界先进行列。1991年，上海南浦大桥建成，主跨为423 m，代表了当时我国最先进的施工技术。这是我国突破性地运用叠合梁技术建造成的斜拉桥。1993年，运用双塔双索面叠合梁技术建造的主梁最大跨度为602 m的上海杨浦大桥，一举成为当时世界上跨径最大的斜拉桥。

2000年至今是我国长大斜拉桥发展的鼎盛时期。2008年建成的主跨1 088 m的苏通大桥是世界首座主跨突破1 000 m的斜拉桥。2010年建成了主跨816 m的荆岳长江公路大桥和主跨926 m的鄂东长江大桥。2019年建成了主跨828 m池州长江大桥、主跨920 m嘉鱼长江公路大桥及主跨1 092 m沪苏通长江大桥。2021年建成了808 m武穴长江大桥和938 m青山长江大桥。目前，中国已成为大跨度斜拉桥数量最多的国家。以已经合龙的主跨1 092 m的沪苏通长江大桥（世界上第一座主跨超过千米的公铁两用桥，见图1 56）和建设中的主跨1 176 m的常泰过江通道主航道桥（建成后将超越俄罗斯岛大桥，刷新斜拉桥跨径的世界纪录，见图1-57）为代表的新一批大跨斜拉桥标志着我国斜拉桥设计建造技术的不断提升。截至目前，我国在世界前十大跨径斜拉桥中已占据7席，见表1-4。如图1-58所示，描述的是1991—2022年国内长大斜拉桥数量变化。