斜拉桥与悬索桥性能对比分析
斜拉桥与悬索桥之分析比较
摘要：斜拉桥又叫斜张桥，是一种用斜锁直接将主梁悬吊在塔柱上的桥梁，是一种组合受力体系桥梁，外荷载主要靠受弯压、斜拉索来承担。悬索桥的构造方式是19世纪初被发明的，现在许多桥梁使用这种结构方式。现代悬索桥，是由索桥演变而来。适用范围以大跨度及特大跨度公路桥为主，当今大跨度桥梁全采用此结构。现代悬索桥通常有桥塔、锚碇、主缆、吊索、加劲梁及鞍座等主要部分组成。
关键词：斜拉桥、悬吊、斜拉索、悬索桥、大跨度、
一、构造特点比较
斜拉桥
1、斜拉索
组成：
抗拉强度高、弹性模量大且抗疲劳性能好的钢
平行高强钢丝束、平行钢绞线束
斜拉索造价约占全桥造价的25％一30％。
斜拉索防护——使用寿命
2、主梁
主梁力学体系：偏心受压构件
连续体系——多
非连续体——主跨中央插入小跨悬挂结构
剪力铰
主梁的跨高比
主跨跨长与梁高的比值。密索100-200
3、索塔
(1)索塔的纵向布置
独柱式、A字形、倒Y形
悬索桥
1、桥塔 桥塔是支撑主缆的重要构件。
2、锚碇 锚碇是主缆的锚固体。通常采用的有重力式锚碇和隧洞式锚碇。重力式锚碇和隧洞式锚碇
3、主缆 主缆是悬索桥的主要承重构件。
4、吊索 是将活载和加劲梁的恒载传递到 主缆的构件。
5、加劲梁 加劲梁的主要功能是提供桥面和防止桥面发生过大的挠曲变形和扭曲变形。
6 、鞍座 鞍座是支承主缆的重要构件。
二、结构类型比较
斜拉桥的结构体系：飘浮体系、支承体系、塔梁固结体系、刚构体系。
1.飘浮体系
定义：又称悬浮体系，该体系塔墩固结、塔梁分离，主梁除两端外全部用缆索吊起而在纵向可稍作浮动，是一种具有多跨弹性支承的单跨梁。
2.支承体系
定义：该体系塔墩固结、塔梁分离，主梁在塔墩上设置竖向支承，接近于在跨度内具有弹性支承的三跨连续梁，又称半飘浮体系。
3.塔梁固结体系
定义：塔梁固结并支承在墩上，斜拉索为弹性支承，相当于梁顶面用斜索加强的一根连续梁。
4.刚构体系
定义：梁、塔、墩互为固结，形成跨度内具有多点弹性支承的刚构。
悬索桥结构类型
1.柔式悬索桥：不设加劲梁;只在活载于恒载的比值不大时适用：如人行桥或早期的一些主缆很大的悬索桥等。
2.单跨悬吊：仅主跨悬吊，并在主跨上设加劲梁；如存在边跨，则边跨独立。
3.三跨悬吊简支体系：加劲梁为三跨简支梁。
4.三跨悬吊连续体系：加劲梁为三跨连续梁。
5.自锚式悬索桥：与组合体系中的系杆拱相似，悬索的水平拉力不传给锚碇二传
给加劲梁。
6.缆索中段同加劲桁架的上弦合为一体。
三、结构受力特点
斜拉桥是一个空间结构，要简化计算图式。例如，在竖向荷载作用下，可以将双索面斜拉桥简化为两片平面结构，而将荷载在两片平面结构间分配。这种做法略去了活载偏心作用下结构的扭转效应，而用横向分布系数来粗略计入空间影响。由于对斜拉索施工阶段所施加的初始张拉力（指活载作用前的索力）足以抵消活载作用下对索产生的压力，斜拉索始终处于张紧状态，因此，即使对于柔性索，计算中仍将可其作为受拉杆单元对待；对于主梁和索塔，则作为梁单元处理。结构计算简图、几何特性、边界条件须与实际结构相一致；结构计算简图必须能反映结构分阶段形成的特点，正确反映各重要工况下的结构特性及荷载状况，如结构形成、体系转换、拉索张拉与索力调整、永久荷载、可变荷载及施工荷载等。
斜拉桥结构计算的原则是：
（1）对于一般跨径的混凝土斜拉桥结构计算，可按经典结构力学或有限元方法计算；
（2）对于跨径较大的斜拉桥，应计入结构几何非线性及材料非线性对结构的影响；
（3）斜拉桥为空间结构体系，在静力分析时可将空间结构简化为平面结构进行计算，动力分析应按空间结构计算；
（4）在结构计算中，必须计入拉索垂度对结构的非线性影响，可采用拉索换算弹性模量的方法计入其影响；
（5）除对结构进行总体计算外，尚应对一些特殊部位进行局部分析。
悬索桥
传力路径为：桥面重量、车辆荷载等竖向荷载通过吊杆传至主缆承受，主缆承受拉力，而 主缆锚固在梁端，将水平力传递给主梁。由于悬索桥水平力的大小与主缆的矢跨比有关，所以可以通过矢跨比的调整来调节主梁内水平力的大小，一般来讲，跨度较大时，可以适当增加其矢跨比，以减小主梁内的压力，跨度较小时，可以适当减小其矢跨比，使混凝土主梁内的预压力适当提高。 另外，自锚式悬索桥中的主梁的形式以采用具有一定抗弯刚度的箱形断面较为合适。结构内力分析的计算理论可分为弹性理论、挠度理论、有限变形理论三种。
四、风振问题及抗风措施
特点：
（1）一般的中、小跨径桥梁风作为静力计算，对风荷载也化为静力处理。
（2）大跨径桥梁中，除了考虑风的静力作用外，还必须考虑风的动力作用。
（3）桥梁的风振包括两大类，
（4）一类是当自然风达到某一临界值时，桥梁振幅不断增大直至结构损坏的自激振动，它是一种发散振动；
（5)另一类是限幅振动，它所引起的振幅有限，不会发散，但在低风速下经常发生。对桥梁危害最大的就
是自激发散振动。
斜拉桥，其斜拉索还可能出现多种形式的风致振动。其中危害最大的是：当索面中两排拉索横桥向并列布置时，背风侧拉索由迎风侧拉索的尾流引起尾流驰振。下雨时，风（风速约为5～15m/s）使雨水在拉索表面驻留并形成“上水路”时，拉索出现的雨—风激励振动，简称雨振。由于这种拉索风振的振动振幅较大，可能引起索端疲劳，并引起行人不安，有时甚至引起索与索相碰，从而导致拉索保护层的损坏等.
悬索桥
1)结构措施:结构措施的目的主要是为了提高结构的扭转刚度,增大结构的扭转振动频率,以此提高结构的抗风稳定性。主要包括交叉吊缆系统、空间缆索系统、斜拉Ο悬吊协作体系、抗风缆系统和中央扣。(2)空气动力学措施:气流绕过桥梁截面时,发生相互作用而产生空气作用力,而截面气动外形的改变势必会影响到空气力。因此,改善气动稳定性的另一途径是通过改善桥梁断面的外形来减小气动力。主要包括:边缘风嘴措施、中央开槽措施、分离箱梁方案垂直与水平稳定板。(3)机械措施:机械措施主要是在加劲梁上安装一些辅助装置来增大结构的阻尼,并减小作用在结构上的气动力,从而达到提高悬索桥气动稳定性的目的。这种装置主要有两类,一类是阻尼器,另一类是在加劲梁断面的迎风、背风边缘安装的控制面。当加劲梁在气流作用下发生振动时,利用作用在控制面上的气动力来增大结构振动的阻尼,从而提高颤振临界风速。根据控制原理的不同又可分为主动控制和被动控制,主要包括阻尼器、主动控制措施、被动控制措施。以上的抗风措施有些已被实际工程采用,并取得良好的抗风效果,但大多数还只停留在理论或试验研究阶段,要真正达到实际工程应用还有并不太短的距离
几点增加风动力稳定性的措施：
1.梁的宽高比B/h要大于6，最好在6～10之间；
2.迎风面做成流线形；
3.可用横向放置的 形人行道板之类来形成导流器，以减少桥面局部真空；
4.尽可能使两索面拉开，以增加抗扭刚度，用三角形索面效果最好；
5.结构体系选用密索体系的连续梁；
6.减小索距
结语
通过以上的特点对比可以很清晰的看到悬索桥与斜拉桥的结构特点、受力特点、适用范围，再次的基础上要更注意二者之间的区别：1、两者的刚度差别很大；2、前者主梁受很大的水平分力而成为偏心受压构件，后者加劲梁不承受轴向力；3、前者课通过调整索力调整内力分布，后者不可；4、前者可通过斜拉索初张力、间距和数量的改变来改变刚度，后者不可。因此在设计选择桥梁类型时，要充分考虑桥梁的性能，选出最经济合理的设计方案。