斜拉桥、悬索桥经济指标对比

编者按：以下内容转自桥梁网（文／王少杰），非中国桥梁网。

    自20世纪90年代以来，随着世界经济的快速发展，大跨径桥梁的建设在世纪末进入了一个高潮时期，中国桥梁建设也逐渐向大跨径高难度发展，而跨越千米的是斜拉桥和悬索桥两个带“索”的桥型。每一个桥都有特殊的水文地质环境和施工条件，这些都影响到造价，抛开这些因素，现在仅仅对于已成桥的跨径、经济指标做一个粗略简单的比较，以这些数字看悬索桥、斜拉桥两者的区别。
# x9 B* a; D$ j) G) V4 M' C　　世界排名前十的悬索桥和斜拉桥在跨越能力上、钢混用量上、整体造价上等数据上各有优劣，本文选取20世纪90年代以来有代表性的斜拉桥（表1）、悬索桥各十八座（表2），通过数据分析，解读两种桥型的经济性，分析大跨径桥梁的发展趋势。
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表1

表2

, N' v" v, ]" \% f! p! j3 s十八金刚VS十八罗汉
. @. w! K. V- D3 J5 P       对数据汇总分析得出，入选的18座斜拉桥主跨总和约13000米，平均每桥达到700米；混凝土用量总和约达270万立方米，平均每桥约15万立方米；用钢量总和约84万吨，平均每桥5万吨；造价总计280亿人民币，平均每桥16亿。
　　入选的18座悬索桥跨径总和约19000米，平均每桥达到1000米；混凝土用量总和约435万立方米，平均每桥约24万立方米；用钢量总和约84万吨，平均每桥约5万吨；造价总计250亿人民币，平均每桥15亿。
$ d' b  o; a+ [! Q2 E/ p5 G 　　虽然有些数据包括了引桥的数据，但是还是可以从数字中看出，悬索桥的跨越能力要大于斜拉桥，这和悬索桥可以充分利用材料的强度、用料省、自重轻的特点密不可分，悬索桥在各种体系桥梁中是跨越能力最大的桥型；钢材的用量两者相差并不大，但是考虑到入选悬索桥的跨径较大，实际建设中的情况——相同的跨径下悬索桥用料较省。
　　斜拉桥在我国大跨径桥梁建设史上地位突出。目前为止建成或正在施工的斜拉桥共有300余座，我国的大跨径混凝土斜拉桥的数量已居世界第一。我国一直以发展混凝土斜拉桥为主，在表1中我们可以看到很多混凝土斜拉桥，如汕头石大桥，主跨518米；武汉长江第三大桥，主跨618米。钢箱斜拉桥如南京长江第二大桥南汊桥，主跨628米；荆岳长江大桥，主跨816米。上海建成的南浦大桥（主跨423米）为钢与混凝土的结合梁斜拉桥，徐浦大桥（主跨590米）大桥为混凝土梁与钢-混结合梁混合结构梁斜拉桥。
千米之上的竞争
　　通过以往大桥建设的经验，也可以从跨径对造价的影响分析表（表3）中看出，在跨径600米范围内与悬索桥相比，斜拉桥有着自身的优势。甚至于在千米跨径范围内斜拉桥在技术上和经济上都具有相当优越的竞争能力。然而随着斜拉桥跨度的增大，将会面临桥塔过高和斜索过长等一系列技术问题，到了千米之上悬索桥的数量要远远多于斜拉桥，但是随着技术的发展这种数量上的差距正在缩小。
　　相对于斜拉桥,悬索桥可以使用比较少的物质来跨越比较长的距离。除苏通大桥、香港昂船洲大桥这两座斜拉桥以外,其他跨径超过千米的大桥多是悬索桥,甚至如果采用自重轻、强度很大的碳纤维主缆，悬索桥的跨径可超过8000米,不过这一技术目前尚在理论阶段。悬索桥桥型的特性,使得它的高度超过一般的桥型,这在深水或者重船通过的航道有着重要的意义。悬索桥比较灵活,适合大风和地震区的需要,因为灵活性稍差的桥型在这些地区必须更加坚固和沉重,需要消耗更多的混凝土和钢材,这就意味着造价的提升。
　　但是悬索桥也有其短板，其一，不适宜于地基较软的地方，因为塔架对地基施加非常大的力，假如地基本身比较软的话，塔架的基础就需要做得很大，更重要的是在锚碇上将消耗大量的成本。其二，悬索桥的坚固性不强，在大风情况下交通可能需要被中断。)
　　从钢材的使用量表（表4）分析，在600～1200米之间，斜拉桥和悬索桥钢材用量比例是相近的，并没有太大的差异，两者的数据交错进行，在实际工程中两者在此跨径内竞争比较激烈；600米以内斜拉桥钢材用量比较稳定且低于悬索桥的用量，而在实际应用，这个跨径范围一般首选斜拉桥；超越1200米之后，斜拉桥的用钢量直线上升，而悬索桥用钢量并没有提升很快，一直保持在10万吨以内，在实际工程中1200米以上跨径悬索桥有很大优势。
　　

表3

表4

       不过，德国著名桥梁专家F.Leonhardt认为，即使跨径1400米的斜拉桥也比同等跨径悬索桥的高强钢丝用量节省二分之一，其造价低30％左右。在材料技术的发展下，比以往更加轻盈的斜拉桥将使得1200米跨径以上“斜”“索”竞争更加激烈。
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表5

& z$ Z2 b9 Q: P" e) w      通过图表（5）可以看出这36座桥75%以上是在本世纪完成的，经济形势越来越好，预示着桥梁的建设会持续向大跨径发展。
5 [8 U& S) Q& Q3 Z/ A; U# V　　通过前面的分析可以得出，因为与悬索桥相比，斜拉桥的刚度较大，稳定性好，缆索用钢量较小，而且在活载作用下的挠度比悬索桥小，因此在表中600米以下已基本看不到几座悬索桥，在600～1000米的跨径内斜拉桥也极具竞争力。但是跨径超过1200米后，悬索桥的数量会增加。但是悬索桥跨径增大也有一定的技术限制，例如当跨径达3500米时，动力问题将成为一个不能避开的问题。
/ r, T7 T' w( h$ r: U( O; i/ U　　做出两种桥型结合的协作体系，充分吸收了二者的优点就成为新的业内课题，之后针对特大跨径桥梁提出了用悬索桥和斜拉桥相结合的“吊拉式“桥型。这样斜拉、悬索根据各自的特点选用不同的材料——如斜拉多采用混凝土，而悬索多采用钢材作为材料，这样材料上的量会相应减少，有利于节约成本；协作体系降低了主缆和锚碇的造价，这样一来悬索也可以运用在土质比较软的地方。
　　自唐卡维尔悬索桥成为“吃葡萄”的第一桥，我国已建成的常州京杭运河龙城大桥也采用了“双剑合璧”的形式，已建成的乌江大桥也采用了这种形式。在世界各地的桥梁建设中这种协作体系也将越来越多。从土耳其伊兹米特海峡（尚未建设）到我国的伶仃洋，这种新型的体系迅速为业内认可和实施。
　　“斜”“索”之争，难分伯仲。协作体系将成为未来大跨径桥梁的一个趋势。

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最近好像好几篇文章都在论述悬索桥与斜拉桥的情况，看完以后的感觉是：大跨径桥设计时应该优先选择斜拉桥，悬索桥不是最优选择。不过，我也觉得中国桥梁界是时候进行反思和总结了，桥建了几十年了，有很多桥型都有不同程度的遗憾。中国的工程建设真的耗不起，这不光是钱的问题，而是一个资源消耗的问题。

悬索桥与斜拉桥各有千秋
钢绞线的斜拉桥比平行钢丝的斜拉桥更节约材料
# c+ e5 u/ X; y因为钢绞线的破断强度1860高于平行钢丝的1670-1770