概念與定義

斜拉橋,又稱斜張橋，是將橋面用許多拉索直接拉在橋塔上的一種橋梁，是由承壓的塔，受拉的索和承彎的梁體組合起來的一種結(jié)構(gòu)體系。其可看作是拉索代替支墩的多跨彈性支承連續(xù)梁，拉索的存在可使梁體內(nèi)彎矩減小，降低建筑高度，減輕結(jié)構(gòu)重量，從而節(jié)省材料。斜拉橋由索塔、主梁、斜拉索組成。

懸索橋，又稱吊橋，是以通過索塔懸掛并錨固于兩岸(或橋兩端)的纜索作為上部結(jié)構(gòu)主要承重構(gòu)件的橋梁。從纜索垂下許多吊桿，把橋面吊住，在橋面和吊桿之間常設(shè)置加勁梁，同纜索形成組合體系，以減小活載所引起的撓度變形。由于主要承重構(gòu)件是懸索，且主要承受拉力，一般用抗拉強(qiáng)度高的鋼材(鋼絲、鋼絞線、鋼纜等)制作。懸索橋可以充分利用材料的強(qiáng)度，具有用料省、自重輕的特點(diǎn)，在各種體系橋梁中的跨越能力最大。懸索橋由索塔、主纜（大纜）、吊桿、錨碇、加勁梁組成。

優(yōu)缺點(diǎn)比較

從結(jié)構(gòu)構(gòu)造來說：斜拉橋是超靜定結(jié)構(gòu),其穩(wěn)定性較靜定結(jié)構(gòu)的懸索橋要好；斜拉橋可以做成連續(xù)多跨,但懸索橋做成多跨在技術(shù)上還有難度（目前世界最大三塔雙跨懸索橋是中國的泰州長江大橋,單跨1080m）；懸索橋必須有錨碇,如果所在河流較寬,而單跨達(dá)不到一跨跨越的跨度,則錨碇就要放置在河中,會嚴(yán)重影響水流,威脅到航運(yùn),同時(shí)建設(shè)難度及成本也會增加（因此蘇通大橋?qū)幙蛇x擇斜拉橋）。

從結(jié)構(gòu)受力來說：跨度越大時(shí)懸索橋的受力比斜拉橋更加合理,所以能做到更大跨度（規(guī)劃的墨西拿海峽橋已經(jīng)做到3300米）；斜拉橋跨度過大時(shí),為使拉索受力不至于過大,就必須加高橋塔高度,而橋塔高度又不可能無限加高；斜拉橋拉索會對主梁有水平方向的作用力,加大了主梁強(qiáng)度要求,懸索橋就沒這一情況。

從經(jīng)濟(jì)方面說：在這方面，世界橋梁界沒有一個(gè)統(tǒng)一的認(rèn)識，傳統(tǒng)觀念認(rèn)為跨徑500m以上時(shí)，采用懸索橋較斜拉橋經(jīng)濟(jì)合理。在2011年國際橋協(xié)第35屆年會上，丹麥I.Hauge先生認(rèn)為在1 200m以下的跨度斜拉橋占優(yōu)，超過1200m的跨度，斜拉橋?qū)⑹艿剿吆烷L索的限制，錨碇條件有利的懸索橋?qū)純?yōu)。日本Nagai教授認(rèn)為自錨式斜拉橋跨度的極限在1200～1400m之間，如采用部分地錨斜拉橋，極限跨度還可延伸至1600m，當(dāng)懸索橋的錨碇只能設(shè)在水中，則斜拉橋方案仍有競爭力。同濟(jì)大學(xué)肖汝誠等人在《同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào)》2013年第2期發(fā)表《纜索承重橋的體系比選》認(rèn)為：當(dāng)錨碇條件為岸上巖石時(shí)，跨度超過900m時(shí)懸索橋就會占優(yōu)；對于岸上軟土錨碇，則跨度1100m以上懸索橋才會占優(yōu)；而對于淺水錨碇，初步估算在1600m以上才會占優(yōu)。

由此可見，三方面的研究結(jié)論是基本一致的。總體來講：

1、斜拉橋作為一種自錨體系，不需要昂貴的地錨基礎(chǔ)；防腐技術(shù)要求更低；剛度更大，抗風(fēng)能力更強(qiáng)；施工可采用懸臂施工方法，不妨礙通航；鋼束用量更少等。斜拉橋另一大優(yōu)點(diǎn)是造型可以多樣化：平行雙索面、斜索面或中央單索面配以各種不同造型的橋塔，形成剛性塔和輕型漂浮橋面的風(fēng)格，或者剛性橋面輔以挺拔塔柱的另一種姿態(tài)。

2、懸索橋是橋梁界公認(rèn)的橋梁領(lǐng)域中最優(yōu)美的橋型。從現(xiàn)今材料發(fā)展來看，長細(xì)桿件材料抗拉強(qiáng)度相對于抗壓（彎、扭）高，因此可以充分利用當(dāng)今材料優(yōu)勢，從而顯得受力更加合理。傳統(tǒng)觀念認(rèn)為跨徑在500 m以上，采用懸索橋較為經(jīng)濟(jì)合理。從目前的研究與認(rèn)識來看，我們可以認(rèn)為1200 m才是斜拉橋與懸索橋經(jīng)濟(jì)比較的分界線。

協(xié)作與妥協(xié)

目前，700m以上到1200m的跨度范圍是斜拉橋和懸索橋的競爭區(qū)。但是關(guān)于斜拉橋的極限跨度曾有過不少討論，七十年代德國Leonhardt教授為意大利墨西拿海峽做了一個(gè)1800m跨度的斜拉橋方案，并從剛度、力學(xué)性能、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)等方面和懸索橋進(jìn)行了對比，論證了斜拉橋的技術(shù)可行性。近年來，一些學(xué)者研究了大跨度斜拉橋主梁軸力引起的穩(wěn)定性問題，當(dāng)斜拉橋的跨度超過1200m后，橋面的壓屈將成為控制因素，為此需要增加主梁的斷面以保證其穩(wěn)定性，提出的解決辦法是采用部分自錨和部分外錨的“雙錨體系”，通過設(shè)置一個(gè)較小的錨碇平衡掉一部分索力，使主梁的軸力減小來解決穩(wěn)定問題，這也使斜拉橋極限跨度向前延伸。既然有了一個(gè)小錨碇，人們很自然地想起早在上世紀(jì)50年代德國工程師Dishinger提出過的懸索和斜拉協(xié)作體系，即主跨的中段用懸索體系，兩邊用斜拉體系，斜拉體系部分還可以采用混凝土橋面和懸索體系部分的鋼橋面組成混合橋面，這樣既可提高整個(gè)橋梁的剛度和穩(wěn)定性，又可利用懸索部分的主纜約束斜拉部分懸臂施工中的變形，減小風(fēng)致振動產(chǎn)生的塔、墩內(nèi)力。當(dāng)然結(jié)合部的吊桿存在著疲勞控制設(shè)計(jì)的問題，需要認(rèn)真研究提出解決辦法，但是兩種體系出現(xiàn)協(xié)作與妥協(xié)已被認(rèn)為是更大跨度橋梁的最佳解決方案。

1997年，在我國的貴州省，誕生了世界第一座斜拉懸索協(xié)作體系橋梁——貴州烏江大橋，主跨288m，結(jié)束了世界上對協(xié)作體系橋型各種疑慮和爭論不休從而停滯不前的狀況，為本世紀(jì)超長跨徑橋梁最具明顯優(yōu)勢和發(fā)展前景的新一代橋型的開端。

烏江大橋是貴遵高等級公路橫跨遵義烏江渡口，全長461.6米，主跨288米，索塔高60米，為預(yù)應(yīng)力鋼纖維混凝土連續(xù)加勁梁吊拉組合橋（簡稱P.F.C吊拉組合索橋），橋型結(jié)構(gòu)新穎，是交通部與貴州省“九五”科技聯(lián)合攻關(guān)項(xiàng)目。于1995年3月開工，1997年12月竣工。

2019年6月13日、14日，為期兩天的甬舟高速公路復(fù)線線位方案論證報(bào)告及金塘至大沙段工程可行性研究報(bào)告評審會在舟山召開。其中西堠門、桃夭門及富翅門水道擬采用與甬舟鐵路合建方案。主跨1488米新西堠門特大橋，在對懸索橋或斜拉懸索協(xié)作體系橋方案進(jìn)行比較后，推薦采用斜拉懸索協(xié)作體系，建成后將成為世界同類橋梁中跨度最大的公鐵合建大橋。

▲西堠門特大橋兩方案比較圖

▲西堠門特大橋（斜拉懸索協(xié)作體系）效果圖

協(xié)作體系至少有以下優(yōu)點(diǎn)值得考慮：

1、協(xié)作體系塔根彎矩較斜拉橋大幅減小，在縱向風(fēng)載作用下，協(xié)作體系受力優(yōu)于斜拉橋，活載作用下主梁彎矩較斜拉橋大幅減??；

2、與斜拉橋相比，懸吊部分主梁不再產(chǎn)生由斜拉索引入的主梁軸向力，主梁承受軸力得以減小，使主梁設(shè)計(jì)更加方便，有更大選擇；

3、活載作用下主梁撓度比斜拉橋小，充分顯示主纜外錨對提高結(jié)構(gòu)剛度的有效性；

4、與懸索橋相比，豎向剛度可大幅提高，盡管其主梁、主塔彎矩大于懸索橋，但豎向剛度增加對橋梁特別是鐵路橋梁十分重要。同時(shí)，由于斜拉部分橋面荷載不需通過懸索橋主纜傳遞，因此主纜、錨碇可以減小；

5、充分發(fā)揮兩種橋型的優(yōu)點(diǎn)，既克服了斜拉橋由于懸臂長度加大引起主梁壓力過大問題，又大大減小了大跨懸索橋中主纜拉力和地錨的工程量；

6、斜拉部分主梁可改用較重的混凝土橋面體系(如疊合梁)，節(jié)省大量鋼材，降低造價(jià)，且能用這部分重型結(jié)構(gòu)增加全橋的穩(wěn)定性，對提高主梁強(qiáng)度、剛度都有幫助；

7.懸吊與斜拉部分長度分配關(guān)系可視主塔墩基礎(chǔ)、錨碇修建條件和費(fèi)用及主梁承受軸向力的能力適當(dāng)調(diào)配，主梁形式可作出多樣選擇。協(xié)作體系斜拉部分的尾索應(yīng)力幅有所降低，但懸索結(jié)合部吊索的交變應(yīng)力幅較大，這可以通過邊跨設(shè)置輔助墩，或必要時(shí)增加吊索恒載的方法解決其疲勞問題。

隨著橋梁跨徑增加，協(xié)作體系的經(jīng)濟(jì)性能有望優(yōu)于斜拉橋，協(xié)作體系具有受力合理、抗風(fēng)性能好、施工安全方便、造價(jià)合理的優(yōu)點(diǎn)，是一種合理的超大跨度橋梁體系。