淺談斜拉橋認識斜拉橋又稱斜張橋，是一種纜索承重結構體系，其上部結構由塔、梁、拉索三種基本構件組成。由塔柱伸出的斜拉索作為主梁的多點彈性支承，同時斜拉索拉力的水平分力對主梁起著軸向預應力作用，因此斜拉橋是一種橋面體系以主梁受壓(密索)或受彎(稀索)為主、支承體系以斜拉索受拉及橋塔受壓為主的橋梁。斜拉橋良好的力學性能、建造相對經濟、景觀優美，已是我國大跨徑橋梁最流行的橋型之一。一、斜拉橋介紹以斜拉橋的主要結構體系來劃分，斜拉橋的發展可分成兩個階段：第一階段，稀索體系；第二階段，密索體系。稀索體系的主梁基本上為彈性支承連續梁；密索體系的主梁主要承受強大的軸向力，同時又是一個受彎構件。斜拉橋是將主梁用許多拉索直接拉在橋塔上的一種橋梁，可看作是拉索代替支墩的多跨彈性支承連續梁。斜拉橋是一種自錨式體系，斜拉索的水平力由梁承受、梁除支承在墩臺上外，還支承在由塔柱引出的斜拉索上。這樣可使梁體內彎矩減小，降低建筑高度，減輕了結構重量，節省了材料。斜拉橋是由承壓的塔，受拉的索和承彎的梁體組合起來的一種結構體系。索塔型式有A型、倒Y型、H型、獨柱，材料有鋼和混凝土的。斜拉索布置有單索面、平行雙索面、斜索面等。梁按所用的材料不同可分為鋼斜拉橋、結合梁斜拉橋和混凝土梁斜拉橋。縱觀斜拉橋結構體系的發展歷史，可以看到，加勁梁朝著更細更柔的方向演變，加勁梁的高跨比不斷減小。唯一的制約來自于空氣動力作用，為了使加勁梁獲得令人愉悅的外形而同時又要保證最小剛度，加勁梁從最初的重質量塊發展到后來的加肋板、箱梁。雖然也有由桁架構成的加勁梁體系，但這多應用于雙層橋面體系。拉索體系則經歷了一個從無到有、從少到多的過程。現在稀索體系斜拉橋已經很少采用，除非偶爾為了橋梁造型上的求新創異，密索體系以其突出的優勢成為了人們心目中默認的斜拉橋體系，也必然將是超千米主跨斜拉橋結構體系的組成之一。索塔的外形由簡單到復雜，穩定性卻在不斷加強，其最初為門式塔，繼而“入形塔，A形塔，鉆石形塔，直至空間塔結構。對于大跨徑斜拉橋而言，一種合理的結構體系就是要選用合理的構件體系，并進行有效的組合。斜拉橋作為一種拉索體系，比梁式橋的跨越能力更大，是大跨度橋梁的最主要橋型。二、斜拉橋的受力特點斜拉橋是通過斜拉索、主梁和索塔三部分相互配合而正常工作的。橋塔上引出的斜拉索為主梁提供了一系列彈性中間支承，借以降低梁跨的截面彎矩，減輕梁重，提高梁的跨越能力。同時，斜拉索拉力的水平分力對主梁起著軸向預應力作用，增強了主梁的抗裂性能。橋塔上斜拉索拉力在水平方向上可以自相平衡，豎直方向的分力傳遞到橋塔上，再由橋塔傳至基礎。斜拉橋是一種高次超靜定結構，其自重引起的內力和變形可以通過調整斜拉索的張拉力而人人為地進行調整。借助這一特性，在施工階段通過調整斜拉索的索力，可以很有效地改變主梁的受力狀態和線形，以保證到成橋階段斜拉橋處于一個理想的成橋狀態。由于斜拉索的索力將橋梁的重力傳到塔上，橋塔受到壓力作用，同時主梁也受到斜索的水平分力而受壓。在主梁和索塔變形過程中，軸向力和彎矩相互影響而產生所謂的梁一柱效應。同時由于斜拉橋結構具有柔性特征，在正常荷載作用下結構的幾何形狀發生變化，引起大位移效應。而斜拉索自重垂度引起的索拉力與變形之間的非線性關系，斜拉橋的這些非線性行為使得結構的受力變的很復雜。因此在對斜拉橋穩定性和受力分析時要考慮這些非線性因素。三、問題的提出與研究目的橋梁結構的穩定性是關系其安全與經濟的主要問題之一，它與強度問題有同等重要的意義。由于大跨度橋梁日益廣泛地采用高強材料和薄壁結構，穩定問題更顯得重要。橋梁結構特別是大跨度橋梁結構的穩定性不僅在成橋狀態，而且在分段施工中各個階段同樣是非常重要的。國內外曾經有不少橋梁，由于穩定計算不當或穩定性儲備不夠，在施工過程中發生失穩而導致全橋塌坍陽。例如加拿大魁北克(Quebec)橋，1907年該橋在架設過程中由于懸臂端下弦桿腹板失穩而引起嚴重破壞事故，震驚全世界，1916年該橋在施工過程中第二次發生失穩事故。1970年，澳大利亞墨爾本附近的西門(West Gate)大橋在對拼鋼箱梁時，由于跨中箱梁上翼板翹曲導致1 12m跨徑的鋼梁整孔倒塌。20世紀80年代，我國四川達縣某混凝土斜拉橋，由于材料指標低，安全儲備嚴重不足，在雙懸臂施工階段突然整體失穩，全橋毀于一旦。1998年9月，寧波招寶山大橋在懸臂施工過程中，主梁發生突然斷裂。因此斜拉橋在設計及施工過程的穩定性必須引起我們的足夠重視。大跨度斜拉橋施工工序多、施工工藝復雜。隨著施工階段的不斷推進，斜拉橋的結構形式、約束條件、荷載形式、混凝土材料的性質(彈性模量、強度)均隨時間變化，同時施工荷載在混凝土構件中產生的荷載效應有可能比使用荷載產生的效應更為不利。這些都可能引起斜拉橋在施工過程中發生事故，如出現裂縫、產生過大變形、甚至倒塌等。因此大跨度混凝土斜拉橋每一施工階段的安全程度直接影響整個建造過程并將影響成橋運營階段的安全。實際上，結構在施工期的平均風險遠遠高于使用期，工程結構三分之二的倒塌事故發生在施工期。“。同時對于大跨度斜拉橋，斜拉橋的梁、塔在外荷載作用下，處在壓、彎狀態，隨著外荷載增大，梁、塔壓力增大到一定值時，結構的幾何非線性和材料非線性更加突出，斜拉橋可能產生平面內的壓、彎失穩或平面外的彎、扭失穩。由于斜拉橋在成橋狀態和施工階段，受力狀態復雜，結構也表現很大的非線性，因此斜拉橋對施工過程尤其是最不利工況下(最大雙懸臂、最大單懸臂)以及成橋階段的穩定性分析顯得特別重要。目前斜拉橋的理論研究工作主要集中在結構受力分析和動力性能上，并且還不完善，還不能滿足斜拉橋不斷發展的需要，而且對斜拉橋的穩定性研究更少。就目前我國斜拉橋設計規范而言，主要要求對索塔和主梁進行穩定性分析，穩定安全系數不得小于4。這種分別進行的驗算方法不能完全反應結構的真實性能。事實上，索、塔和梁相互作用聯成一整體，三者相互影響，所以還必須對其總體穩定性予以關注。同時斜拉橋設計規范中要求斜拉橋的“結構穩定安全系數應大于4”，其“條文說明中指出：斜拉橋的“結構穩定安全系數取值是參照拱橋的穩定安全系數取用。在公路橋梁中，“傳統”的對拱橋整體穩定安全系數K要求大于4-5的概念來源于第一類穩定問題，本質上是針對簡化的平面計算模型所給出的彈性穩定安全系數。這種簡化計算并不能完全反映斜拉橋的真實受力情況。應用有限元方法精確計算斜拉橋在索、梁、塔耦合作用下的整體穩定性，對評估大跨斜拉橋的經濟性和安全性具有特別重要的意義口3。此外，施工過程中的臨時荷載變化、施工誤差、非對稱施工、靜風作用、材料的彈性模量、輔助墩設置與否等都會對斜拉橋的整體穩定性產生影響，對此進行研究也將具有重要意義。其中國內外在此方面都有較深入的研究，其中對于大跨度斜拉橋的非線性計算理論已經取得一定的成果，但還有待進一步深入探討，大致可以歸納為以下三個方面：1、斜拉橋各種非線性單元模式合理性及其精度的研究；2、斜拉橋幾何非線性描述參考構形及非線性求解方法的研究；3、斜拉橋有限元離散方法、結構模型化方法對幾何非線性分析結果的影響研究。四、斜拉橋發展展望隨著技術的進步、時代的發展，今后斜拉橋的發展將主要表現張以下幾個方面：1、橋面輕型化近年來，材料強度及其性能的提高，使得橋面結構輕型化成為可能，設計者可以根據橋址的地形、環境等條件選擇更加合理的橋面系。在大跨徑的跨江、跨海斜拉橋設計中更多地采用疊臺梁和混合梁，從而有效地減輕了橋面系重量，提高了跨越能力。2、塔結構的多樣化早期斜拉橋橋塔多采用單柱式，現在則更多的采用“A型”、“倒Y型”、“H型”塔或其組合型塔，以更好的抵抗索塔所承受的彎矩，同時也提高了抗振能力；材料上也從先前的鋼結構橋