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斜拉桥——战胜千米天险

斜拉桥——战胜千米天险

作者: 吴1362 | 来源:发表于2020-07-07 18:29 被阅读0次

早在30年前,上海浦东还没有林立的高楼,市区黄浦江两岸相隔近400米,摆渡仍是来往通行的唯一途径,一座跨江大桥成为大势所趋。然而在当时的中国,还从未有桥梁达到如此跨度

即便难度可想而知,中国工程师依然力主自行建造这座“黄浦江第一桥”。

1991年,以不到原方案一半的造价,上海南浦大桥正式落成通车,开启了我国自主建设超大跨度桥梁的先河。

图片来自星球研究所

这座大桥两端,伫立着两座约50层楼高的高塔,两塔与桥面间以180根钢索相连,如同一根根倾斜的钢铁琴弦,称之为“斜拉桥”。

图片来自网络

斜拉桥作为一种拉索体系,其比梁式桥的跨越能力更大,是大跨度桥梁的最主要桥型。

斜拉桥由许多直接连接到塔上的钢缆吊起桥面,主要由索塔、主梁、斜拉索组成。索塔型式有A型、倒Y型、H型、独柱,材料有钢和混凝土的。斜拉索布置有单索面、平行双索面、斜索面等。

魁浦大桥

斜拉桥是一种自锚式体系,斜拉索的水平力由梁承受。梁除了支承在墩台上外,还支承在由塔柱引出的斜拉索上。按梁所用的材料不同可分为钢斜拉桥、结合梁斜拉桥和混凝土梁斜拉桥。

目前已经建成的斜拉桥有独塔、双塔和三塔式,其材质以钢筋混凝土塔为主。斜拉索仍以传统的平行镀锌钢丝、冷铸锚头为主。

一般说,斜拉桥跨径300~1000米是合适的,在这一跨径范围,斜拉桥与悬索桥相比,斜拉桥有较明显优势。德国著名桥梁专家F.leonhardt(不知道就对了,也不是太著名)认为,即使跨径1400米的斜拉桥也比同等跨径悬索桥的高强钢丝节省二分之一,其造价低30%左右。

桥承受的主要荷载并非它上面的汽车或者火车,而是其自重,主要是主梁。以一个索塔的斜拉桥为例,索塔的两侧是对称的斜拉索,通过斜拉索将索塔主梁连接在一起。假设索塔两侧只有两根斜拉索,左右对称各一条,这两根斜拉索受到主梁的重力作用,对索塔产生两个对称的沿着斜拉索方向的拉力,根据受力分析,左边的力可以分解为水平向向左的一个力和竖直向下的一个力;同样的右边的力可以分解为水平向右的一个力和竖直向下的一个力;由于这两个力是对称的,所以水平向左和水平向右的两个力互相抵消了, 最终主梁的重力成为对索塔的竖直向下的两个力,这样,力又传给索塔下面的桥墩了。

斜拉索数量再多,道理也是一样的。之所以要很多条,那是为了分散主梁给斜拉索的力而已。

但对于斜拉桥来说,这样的跨度仅仅是“小试牛刀”,根根拉索向上提拉,竭力阻止梁体向下弯曲,如同有了一个个“隐形桥墩”,极大地提高了桥梁的跨度潜力。

加之工程材料和计算方法的革新,现代斜拉桥从诞生起,仅用了50余年时间,便成功战胜了千米跨度的大关。

但超大的跨度带来了巨大的自重,还有来往的车辆行人、猛烈的横风,这些荷载多由拉索向索塔传递。因此对于斜拉桥,索塔至关重要,它必须格外稳定、格外坚固。

其千姿百态的造型

极尽彰显着大桥的艺术气质

堪称工程和艺术的完美融合,详见链接:

世界上最长最宽的多塔斜拉桥——浙江省嘉绍大桥

更重要的是,与生俱来的对称形态,让斜拉桥更容易实现“自锚”。这在“无地可锚”的环境下得天独厚,逐渐成为众多海湾大桥的符号

自锚:自锚是指拉索不需额外锚碇,直接锚固在自身横梁上。

然而,即便拉索能提起横梁,却也因其角度倾斜,沿着横梁方向产生水平的“轴力”。随着跨度延伸,拉索势必增加,于是这种轴力逐渐累积,直到梁体不堪重负。

雪上加霜的是,当拉索越来越长、越来越倾斜,巨大的自重令其弯曲下垂,再难以紧紧拉住庞大的横梁。加之横风、成本等影响,斜拉桥将逐渐达到跨度极限。

而要向2000米跨度发起冲击,只能指望最后一位选手了。


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