无背索斜拉桥欣赏及其讨论

                        

无背索斜拉桥是对常规斜拉桥造型的突破，无背索后倾的塔身形状表现出对相对纤细的桥面强大稳固支撑的力量感，给人醒目深刻的感受。

. e3 _- p8 J: m5 b8 E

常规的斜拉桥在桥塔两侧均有斜拉索，恒载作用下塔两侧斜拉索水平力可保持平衡，主塔仅在活载及附加荷载作用下承受一定的水平力及弯矩。

$ T  G6 N- f* b

而与常规斜拉桥不同，无背索斜拉桥桥塔仅有单侧索，桥塔的受力表现为在斜拉索索力及自身重力作用下的悬臂梁。

% h0 j2 p* m/ J" z( o9 c

为了确保主塔处于良好的受力状态，无背索斜拉桥的塔身一般都设计成倾斜的，依靠塔身的自重力矩来平衡斜拉索的倾覆力矩，因此组成了梁塔结构的平衡体系。

5 c0 {* O; y1 i0 r3 ]# B, m# ^5 y, @

无背索斜拉桥，是景观桥梁中的一种形式，最著名的一座是Alamillo桥，由西班牙的建筑师与工程师Calatrava为1992年世博会建的景观 桥,跨度200m，当时桥梁使人为之一振，Calatrava本人也被IABSE（国际桥协）评为杰出青年工程师。此后，捷克工程师 MilanKomínek1995~1998年设计建造了跨Eble河的Mariansky桥，跨度123.5+55.5m。这两座桥都是无背索斜拉桥， 但是受力机理却不同，因此外形也有比较明显的差异。我国很多地方模仿了这种桥型，最典型的是2004年建成的长沙洪山大桥，跨度206米，几乎与 alamillo一样，2005年建成长春市伊通河轻轨斜拉桥，跨径130+44.2+31m，与Mariansky桥类似。

; m$ P3 G: x6 b8 V3 x" b% D

* K% k- P) q2 X  F. g4 N+ c
1 x+ S0 g7 [6 Y7 Y0 N2 x$ U8 H% @

最著名的无背索斜拉桥当首推Alamillo桥，也是最早的无背索斜拉桥。该桥由西班牙的建筑师与工程师Calatrava为1992年Sevill世 博会和巴塞罗拉奥运会而建造的景观桥，跨度200m，当时桥梁使人为之一振，Calatrava本人也被IABSE（国际桥协）评为杰出青年工程师。
- q4 z3 }" z9 ?# H- _/ ~

" K3 u9 T8 U6 E

1998年捷克工程师MilanKomínek建造跨Eble河的Mariansky桥是一座颇具特色的桥梁，其塔形非常精巧。两片分离的塔柱向顶端逐渐靠拢，配合塔身纵向长度的变化，犹如一双将合未合的手掌。

5 v6 c  `0 Q4 V& C

5 `' f4 ?$ g+ X' j" R( G

该桥被国际工程协会在2003年评为世界十大杰出建筑(包括桥梁工程和房屋建筑各5座)之一，它是其中5座桥梁中跨径最小的，这也充分体现无背索斜拉桥突出的造型能力。
* |- Q( R. t: B

世界无背索斜拉桥统计：

, r! @3 n( P5 V/ Y9 A1 @7 R2 q

* }2 ]- I6 V) _+ [

+ H7 r, G, C' f: u0 P  q. r  j

无背索斜拉桥的思考与讨论
) c! T! {! d6 P

讨论问题如下：
　　

1、无背索斜拉桥主梁的弯矩将主要由什么荷载产生？
　　

2、无背索斜拉桥的主梁弯矩与常规斜拉桥比，那个大？为什么？
　　

3、这两种形式的无背索斜拉桥受理机理有什么不同？
; B+ G* A2 x! j8 b　　

4、这两种形式的无背索斜拉桥主塔与基础是什么关系（连接方式）？可以变化吗？如何处理好？
& F( K7 a5 d  E+ P. O　　

5、在恒载和活载分别作用下，你认为那种形式受力更加合理？为什么？
) W$ L- @+ s) }- o　　

6、这样的桥如何施工架设？
& F( `/ U8 f) K# j; x5 i　　

7、这样的桥造价高，材料上不经济，从受力特点上分析原因？
　　

①、主梁的弯矩主要由梁体自重及使用阶段的活载产生；
　　

②、自我感觉，与一般斜拉桥相比，无背索斜拉桥缺少了边跨加上背索对主跨变形的约束，拉索对主梁整体刚度的贡献不甚明显，因此推断：使用阶段活载作用下主梁内力变化幅度大，弯矩也就比普通斜拉桥来的大～
- _: B) Q+ p8 u　　

③、从外形上看，这两种形式的无背索斜拉桥的不同点主要集中在两方面：拉索面形状和主塔截面的变化。看上去等截面的主塔更适合竖琴形式的索面（Alamillo桥），而上细下粗的主塔适合扇形的索面（Mariansky）。

! F) j* U, R. y) v

推测理由：（1）竖琴式布置拉索，很明显拉索强度的利用不是很高效，因此它的主塔较高，这样重心也高，易于利用主塔自重来平衡主梁及活载；从承受轴力的 角度来讲，做成等截面形式不很合理，但是从截面弯矩来考虑，容易做到局部平衡（隔离出一段来分析），但是这样做不利于应对活载产生的弯矩的变化。
　 　

（2）扇形布置拉索，拉索利用比较有效，降低了主塔的高度；为了应对活载产生的弯矩变化，将主塔下部截面加大，形成上小下大的形状，这样也符合承受轴力 的要求；但这样做降低了主塔的重心，减弱了其平衡主梁的能力，因此就需要加大桥塔重量，从这点上分析，图中Mariansky桥、长春伊通河斜拉桥的桥塔 下部横出来的那一大块倒像是配重……
  p" S; c4 X4 m3 `  [$ p% ]' R　　

④、等截面的主塔与基础固结要好一点，因为它本身应对弯矩变化的能力不强，需要与基础固结以提高整体刚度来弥补这一缺陷。上小下大的主塔的形状本身比较利于应对变化的内力，因此它与地基可固接可铰接。
/ Z( {) i8 v8 _  R* v3 c8 H+ L　　

⑤、从3的分析，等截面的承受恒载有利，上小下大的承受活载有利。
2 S7 a  d. y2 g7 _　  

⑥、传统斜拉桥先塔后梁，是因为可以双向实现平衡；感觉无背索的斜拉桥应该先梁后塔，主塔施工一段拉上一根主索。
　　

⑦、桥塔倾斜，必然导致拉索利用效率不高，造成浪费；主梁巨大的轴力需要主塔来平衡，主塔轴力较大，与同等跨度传统斜拉桥相比，主塔高度必然增大，若控制了塔高，则必然又要增大塔基部重量，同样不经济。

3 b/ V% _( w) O