单索面斜拉桥发展历史及特点综述

韩剑

摘要：单索面斜拉桥具有行车视野开阔，简洁优美的优点。布置在行车道中央的桥塔与直接锚固在梁中线的拉索使材料用量较省。对于拉索疲劳问题，采用单索面布置是有利的。基于以上优点，单索面斜拉桥为工程界普遍采用。本篇文章介绍单索面斜拉桥的发展历史及特点。

关键词：单索面斜拉桥;钢箱梁;扭转

一、单索面斜拉桥的发展历史

世界上第一座斜拉桥是斯特伦松德桥[1]（Stromsund Bridge），该桥由德国迪辛格（Franz Dischinger）教授设计，主跨182m，双索面稀索斜拉桥。于1955年建成通车。世界上第一座单索面斜拉桥是易北河桥（Norderelbe Bridge），同样为稀索体系。桥主跨171.88m，采用钢板梁开口截面。梁高3.0m，宽30.74m。塔梁固结，墩梁铰接。此桥于1962年建成。即单索面斜拉桥比双索面斜拉桥晚了7年出现。之后单索面斜拉桥的跨度越来越大。勒沃库森桥[2]（Leverkusen Bridge）为稀索单索面钢箱梁斜拉桥，双塔三跨，塔梁固结，墩梁铰接。双塔三跨，主跨280m，截面由单箱双室和两侧悬伸以托住桥面的倾斜撑杆构成，高4.2m，宽37.8m。于1965年建成。两年之后，1967年，另一座跨越莱茵河的单索面钢箱梁斜拉桥，弗特里希—欧贝特桥[3]（Friedrich Elbert Bridge）也建造完成。跨度同为280m。同时他也是世界上第一座密索体系的斜拉桥，世界上最长的斜拉桥。该桥截面高度与勒沃库森桥相同，宽度比其小1.5m。同样是塔梁固结，墩梁铰接。两年之后，1969年。双索面斜拉桥河湾桥[4]（Knie Bridge），以主跨319m的跨度取而代之，成为世界上最长的斜拉桥。但同样为单索面钢箱梁斜拉桥的杜伊斯堡—诺因坎普桥（Neuenkamp Bridge）于1971年通车。以主跨350m的跨径超过河湾桥，又一次使单索面斜拉桥坐上世界上最长斜拉桥的宝座。其截面同样由双室钢箱梁与用于支撑悬臂桥面板的斜支撑构成。桥宽36.3m，梁高3.72m。再之后，于1979年建成的弗雷埃桥（Flehe Bridge）是世界上最大跨度的单索面斜拉桥。独塔双跨，主跨367.24m。桥宽41.70m，高3.8m。主梁采用混合结构，截面宽41.70m，高3.8m。漂浮体系。截面同样由三室钢箱梁与用于支撑悬臂桥面板的斜支撑构成。1987年，单索面钢箱梁斜拉桥跨径又有了进一步的提高：泰国湄南河桥，双塔三跨单索面斜拉桥，主跨450m。整体钢箱梁截面宽33m，高3.99m。半漂浮体系。各个桥墩处均设置能够抵抗拉与压的支座来抵抗扭转。直到1994年，日本鹤见航道桥[5]主跨又增加到510m。半漂浮体系。桥面宽38m，高4m。

我国较具代表性的单索面斜拉桥有：黄山太平湖大桥，建成时为亚洲最大跨度的单索面混凝土斜拉桥。独塔双跨，190+190m，塔墩梁固结。梁高3.5m，桥宽18.2m。国内跨度最大的单索面钢箱梁斜拉桥为大榭第二大桥，双塔三跨。主跨392m，半漂浮体系。钢箱梁高3.5m，宽29.5m。中国第一座外海跨海大桥，东海大桥主桥，为单索面箱型叠合梁斜拉桥。双塔三跨，主跨420m。截面宽33m，高4m。半漂浮体系。重庆东水门桥为双塔单索面钢桁梁桥，主跨445m。其主梁腹板是两片钢桁梁，桥面是正交异性板，下弦是有肋的钢板。桥宽24m，梁高13m。半漂浮体系。

总结以上单索面斜拉桥的发展历程可以发现：1990年之前，单索面斜拉桥和双索面斜拉桥的最大跨度反复竞争超越。国外的单索面斜拉桥采用钢箱梁较多。但截面本身的构成还不一样。欧洲单索面斜拉桥的钢箱梁普遍由两到三个箱室构成，通过斜杆支撑悬臂桥面板增加桥梁宽度。但日本采用扁平整体钢箱梁居多。我国单索面斜拉桥早期大多采取混凝土箱梁，塔墩梁固结体系。

二、单索面斜拉桥的特点

单索面斜拉桥将拉索布置在梁体中央，简洁优美，避免了双索面交错混乱的感觉。行车视野开阔。除了美观之外，单双索面的布置形式对主梁也有不同影响：

（1）锚固点的设计：单索面布置的索力较双索面较为集中，因此锚固构件会更厚。

（2）单索面斜拉桥中，索力于主梁的中间向两边传递。但双索面中，索力于主梁的两边向中间传递。但力的大小相同。

（3）对于单面式斜拉桥，桥面上的不对称车辆荷载基本不会影响索力的差异。但采取开口截面的双索面斜拉桥，车辆偏载会仅仅使单根索力变化，即车重仅仅由一边的拉索承担。所以当有重车通过的时候，他在双索面一边拉索引起的索力变化是单索面拉索的2倍。如果大桥两个方向的重车数量基本相同的话，造成的结果就是双索面斜拉桥拉索应力脉是单索面斜拉桥的2倍，但循环次数是其二分之一。疲劳分析中，应力脉的幅度比循环次数更为重要。因此，对于拉索疲劳问题，双索面布置的斜拉桥更为不利。

（4）单索面布置本身并不能给主梁提供抗扭支撑，因此其主梁必须设计成具有强大扭转刚度的箱形截面。随着跨度增加，钢箱梁需增加壁厚或梁高来增大扭转刚度，这样一来斜拉桥的优点就没有被完全发挥出来。例如，第一座双索面结合梁斜拉桥胡格利二桥，主梁截面采用钢板梁加混凝土桥面板的形式。梁高2m，桥面宽35m。主跨457.2m。但上文提到过的湄南河桥，主跨450m，桥宽33m，但梁高3.99m，大約是胡格利二桥梁高的2倍。

（5）另外从材料用量角度来讲，单索面斜拉桥的桥塔一般集中在行车道的中部，基本不受桥宽的影响。而双索面斜拉桥桥塔一般布置在主梁的两侧。若主梁过宽，桥塔间距较大，为了保证桥塔的稳定性，与其之间设立横撑，或者向内相交，形成人字形，或宝石形桥塔。故而单索面桥塔的材料用量有可能小于双索面的材料用量。对于桥的拉索，单面式斜拉索直接由桥塔锚固在中间分隔带上，但双索面拉索需要分别锚在梁的两端。因此用索量会比单索面大。针对主梁，如前文所述，单索面需要主梁自己承担扭矩，因此主梁采用钢箱梁，为满足抗扭要求，高度不能太低。因此单索面主梁材料较双索面用量较多。实际设计时，需做好经济比较。

参考文献：

[1]项海帆等. 高等桥梁结构理论[M]. 第二版. 北京：人民交通出版社，2013：8-9.

[2]林元培. 斜拉桥[M]. 北京：人民交通出版社，2004：2-3.

[3]邵旭东. 桥梁工程[M]. 第二版. 北京：人民交通出版社，2004：420-421.

[4]Tang M C .Cable stayed bridge in North American .Cable stayed Bridge，Elseiver Science Publisher，1991.111-130

[5]严国敏. 现代斜拉桥[M]. 北京：人民交通出版社，1996：112-113.