维普资讯 http://www.cqvip.com 第３５卷第５期 浙江工业大学学报 Ｖｏ１．３５ Ｎｏ．５ ２００７年１Ｏ月 Ｊ０ＵＲＮＡＬ ０Ｆ ＺＨＥＪＩＡＮＧ ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ ＯＦ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ０ｃｔ．２００７ 吊拉组合体系桥的研究进展 张新军，张丹 （浙江工业大学建筑工程学院，浙江杭州３１００３２） 摘要：吊拉组合体系桥具有结构新颖、美观、受力合理、跨越能力强、抗风性能好、施工安全和造价低 等优点，在软土地基和强风地区尤能突出其优越性，在超大跨桥型中极具竞争力．概述了吊拉组合 体系桥的国内外发展现状，综述了吊拉组合体系桥在结构体系、计算理论、力学性能包括静力、动力 和抗风性能等方面的研究进展，并指出了以后研究的主攻方向． 关键词：吊拉组合体系桥；结构体系；计算理论；力学性能 中图分类号：Ｕ４４８．２５；Ｕ４４８．２７ 文献标识码：Ａ文章编号：１００６—４３０３（２００７）０５—０５５３－０６ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｐｒｏｇｒｅｓｓ ｏｎ ｔｈｅ ｃａｂｌｅ。。ｓｔａｙｅｄ＿。ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ ｈｙｂｒｉｄ ｂｒｉｄｇｅｓ ＺＨＡＮＧ Ｘｉｎ—ｊ ｕｎ，ＺＨＡＮＧ Ｄａｎ （Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｃｉｖｉｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ，Ｚｈｅｊｉａｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ ３１００３２，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｄｕｅ ｔｏ ｉｔｓ ｎｏｖｅｌｔｙ ａｎｄ ｂｅａｕｔｙ，ｇｏｏｄ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ，ｓｔｒｏｎｇ ｓｐａｎｎｉｎｇ ｃａｐａｃｉｔｙ， ｇｏｏｄ ｗｉｎｄ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ，ｓａｆｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｅｃｏｎｏｍｙ ｅｔｃ．，ｃａｂｌｅ—ｓｔａｙｅｄ—ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ ｂｒｉｄｇｅ ｉｓ ｖｅｒｙ ｓｕｉｔａｂｌｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｎａｔｕｒａｌ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｓｕｃｈ ａｓ ｓｏｆｔ ｓｏｉｌ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ，ｖｉｏｌｅｎｔ ｔｙｐｈｏｏｎ ｅｔｃ．，ａｎｄ ｂｅｃｏｍｅｓ ｔｈｅ ｍｏｓｔ ｃｏｍｐｅｔｉｔｉｖｅ ｂｒｉｄｇｅ ｔｙｐｅ ｉｎ ｔｈｅ ｓｕｐｅｒ—ｌｏｎｇ－ｓｐａｎ ｂｒｉｄｇｅ ｓｙｓｔｅｍ．Ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｃａｂｌｅ—ｓｔａｙｅｄ ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ ｈｙｂｒｉｄ ｂｒｉｄｇｅｓ ｉｎ ｔｈｅ ｗｏｒｌｄ ｉｓ ｒｅｖｉｅｗｅｄ，ａｎｄ ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｓｙｓｔｅｍｓ，ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ ｔｈｅｏｒｙ ａｎｄ ｔｈｅ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓ ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｔｈｅ ｓｔａｔｉｃ，ｄｙｎａｍｉｃ ａｎｄ ｔｈｅ ｗｉｎｄ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｅｔｃ．ａｒｅ ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｌｙ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ，ａｎｄ ｔｈｅ ｆｕｔｕｒｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｔｒｅｎｄ ｉｓ ｐｏｉｎｔｅｄ ｏｕｔ ａｓ ｗｅｌ１． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｃａｂｌｅ—ｓｔａｙｅｄ—ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ ｈｙｂｒｉｄ ｂｒｉｄｇｅ；ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｓｙｓｔｅｍ；ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ ｔｈｅｏｒｙ；ｍｅ ｃｈａｎｉｃａｌ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓ 斜拉部分用混凝土梁代替，充分利用混凝土的抗压 １ 发展现状 强度，节省钢材用量；在力学性能方面，由于体系整 体刚度的提高，在活载和温度变化等因素作用下的 吊拉组合体系桥梁是在传统斜拉桥和悬索桥基 跨中挠度都比悬索桥小，而且抗风能力也大大提高 础上发展起来的一种新型组合体系桥梁．与悬索桥 了．与斜拉桥相比，这种体系大大地降低了索塔高 相比，悬吊部分长度可显著减小，因而可以大大减小 度，对桥梁的抗风抗震都有利；省去了跨中部分过长 主缆的钢材用量和锚碇规模，减少了在海水中修建 过斜的拉索，不但节省了钢材，而且减少了结构的非 锚锭的困难和风险；桥面主梁不必全部用钢梁，可在 线性影响；在力学性能方面，由斜拉索引起的主梁水 收稿日期：２００７一Ｏｌ一０８ 作者简介：张新军（１９７１一），男，浙江东阳人，教授，博士后，主要从事桥梁工程研究 维普资讯 http://www.cqvip.com 浙江工业大学学报 第３５卷 平轴向力减小了很多，改善了主梁的受力状态；由于 斜拉部分长度的减小，施工过程的悬臂长度也相应 减小，抗风稳定性大大提高． 吊拉组合体系桥结合了斜拉桥和悬索桥体系的 主要优点，因而具有较大的跨越能力、卓越的结构性 能以及良好的社会经济效益，受到国内外专家学者 越泰古斯河的萨拉萨尔桥竣工，该桥由美国的史泰 因曼、波因顿、葛朗奎斯特公司设计，为一主跨为 １ ０４１ ｍ的公、铁两用大桥．为了节省早期投资，通车 初期先按４车道公路悬索桥设计，后期再用斜拉索 加固成双线铁路桥［１］．１９７８年，丹麦在跨越大贝尔 特东航道提出了主跨为１ ５００ ｍ的吊拉组合体系桥 的密切关注． １．１国外情况 其实，吊拉组合体系桥梁的构思由来已久．由于 传统的悬索桥刚度较小，而且最初的桥梁设计师并 没有认识到风对大跨径桥梁的决定性作用，导致了 １８５４年在威廉跨俄亥俄河的一座悬索桥毁于风害， 发生了惨重的灾难．这次事件激发了桥梁设计大师 罗勃林采用抗弯刚度大的加劲桁架梁和斜拉索来弥 补单纯悬索系统刚度不足的灵感，并于１８８３年设计 建成了的勃罗克林大桥（跨越纽约伊斯特河）［１］．这 座桥梁也正是世界上现代悬索桥的祖先，其实质是 属于吊拉组合体系桥，后来被人们称为罗勃林体系． 但是该桥的斜拉索都属于高次超静定结构的赘余杆 件，由于当时计算条件的，导致了分析的极度困 难．因此，后来的设计者都集中精力研究单纯悬索桥 的计算理论，悬索桥得到了很大的发展，而这种体系 却一时被搁置了起来．其后，在一些悬索桥为在加固 中采用了吊拉组合体系桥增以强其刚度和抗风稳定 性，如布隆克斯一白石大桥等． 直到１９３８年，德国著名的桥梁专家狄辛格重新 提出了采用悬索体系与斜拉体系相结合以获得结构 性能更好的桥梁体系的思想，构想了在桥梁跨径中 部由悬吊系统支承以及两边部分由从塔顶辐射形散 开的拉索来支承的体系，即著名的“狄辛格体系”［１］． 这种体系曾经计划用于在汉堡跨越易北河的一座主 跨为７５３ ｍ的铁路桥梁中，此外战后在重建联邦德 国桥梁时也曾有几次机会提出采用狄辛格体系，如 重建莱茵河的科隆一梅尔海姆桥，可是这种体系却 从未被用于实际工程．其后，他提出的跨径为１８３ ｍ 的双塔辐射索全斜拉桥一司徒姆松德桥于１９５７年 建成，为世界上第一座现代斜拉桥．此后，人们被斜 拉桥体系的优势和巨大潜力所吸引而转移视线，使 得吊拉组合体系桥又一次被搁置． 由于吊拉组合体系桥的优越性是显而易见的， 虽然狄辛格提出的这种体系在当时未能得到实现， 但在以后世界各地筹建的大跨度尤其特大跨度桥梁 方案中却被频繁地提出．１９６６年，葡萄牙里斯本跨 设计方案［２］．９Ｏ年代初土耳其在跨越马尔马拉海东 部伊兹米特海湾的桥梁方案中德国公司曾提出了主 跨为１ ３００ ｍ和２ ０００ ｍ的两个吊拉组合体系桥初 步设计方案．１９９１年美国林同炎公司对西班牙与摩 洛哥之间直布罗陀海峡提出的三个跨径５ ０００ ｍ桥 型构思方案中，也曾提出采用吊拉组合体系桥［３“］． 在日本，跨越本州与北海道之间的轻津海峡工程中 提出采用主跨为４ ０００ ｍ的吊拉组合体系桥方案． １９９８年，对爪哇的巴厘海峡桥，英国的Ｆｌｉｎｔ＆Ｎｅｉｌｌ 公司与Ｈａｌｃｒｏｗ公司也联合提出了千米级的大跨 吊拉组合体系桥设计方案． 可见，吊拉组合体系桥的潜在优点已被世界桥 梁工程专家学者所共识和吸引，并多次在实桥设计 方案中提出，遗憾的是除了最初由罗勃林设计施工 的几座桥梁之外，其余均未被实现．究其原因，除个 别方案的具体问题和跨径过大一时尚难以实现外， 根本原因在于人们对这种体系的一些问题尚存在疑 问和争论如结构性能和外形上的间断性、拉索和吊 杆受力不明确、吊杆的疲劳问题、施工过程线形控制 和协调困难等． １．２国内情况 ２Ｏ世纪９Ｏ年代初我国的一批桥梁专家及学者 也开始了对吊拉组合体系桥梁的研究和探索．１９９１ 年，湖南公路局和交通设计院就广东省的汕头海湾 大桥提出了一主跨为６２０ ｍ的吊拉组合体系桥方 案．１９９３年，高屏溪桥方案研究时德国公司曾 提出主跨９２０ ｍ的吊拉组合体系桥方案．同年，贵 州省交通厅在重庆交通学院的协作下提出在南盘江 上修建主跨２４０ ｍ的吊拉组合体系桥，由于当时国 内外没有先例等原因而未实现．然而在一些敢于实 践创新的桥梁专家和学者的不懈努力并在交通部全 力支持下，１９９４年在主跨２８８ ｍ的乌江大桥设计中 又坚持了这个方案，并于１９９７年建成了贵州乌江大 桥，是世界上第一座现代吊拉组合体系桥［５］．乌江大 桥在设计过程中采用了一系列新材料、新工艺、新技 术，该桥的建成实现了吊拉组合体系桥梁零的突破， 用事实说明了这种桥梁体系经济技术的合理性，消 维普资讯 http://www.cqvip.com 第５期 张新军，等：吊拉组合体系桥的研究进展 除了原先一些人对它的种种疑虑．１９９７年，广东伶 析和研究罗勃林体系用拉索来增强悬索桥刚度的利 弊后认为“罗勃林体系中的拉索已证明是完全无效 的”＿】ｊ，并提出了在跨径的中部由悬索系统支承以及 两边部分由从塔柱顶部辐射散开的拉索来支承的新 仃洋工程进行了设计方案的竞赛，由重庆交通学院、 广东省公路设计院和湖南公路设计公司提出在伶仃 洋西航道修建主跨１ ０００ ｍ的吊拉组合体系桥，而 同济大学则在东航道提出一主跨为１ ４００ ｍ的斜 拉一悬索协作体系桥方案［６］． 尽管吊拉组合体系桥梁的工程实践还是比较 少，但是可以看出国内外众多专家学者已经被这种 构想，这就是著名的狄辛格体系，如图２所示．在这 个体系中，在索塔左右对称处只布置斜拉索而不布 置吊杆，只在主跨的中部布置吊杆，而且当时狄辛格 设想的斜拉索是稀索形式，集中力较大． 桥型所具有的巨大潜力和优势所深深吸引． ２结构体系及其特点 从１８８３年罗勃林为了提高悬索桥的刚度及抗 风性能提出用拉索增强悬索体系的构想至今百余年 来，国内外桥梁专家和学者对吊拉组合体系桥梁提 出过各种各样的构想，概括起来大致有以下四种 体系． ２．１罗勃林体系 罗勃林的设计采用抗弯刚度大的加劲桁架梁和 斜拉索来弥补单纯悬索系统不足，是最早的一种吊 拉组合体系的构想，如图１所示．在这种体系中，悬 索桥的吊杆全桥布置，与一般的悬索无区别，只是在 边跨和主跨布设一些斜拉索．这种构想是以悬索桥 为主，斜拉索只是起增强作用，作为悬索系统的一种 辅助构件，还不能把斜拉索和悬索作为同等重要的 受力构件在设计中考虑． 图１ 罗勃林体系 Ｆｉｇ．１ Ｔｈｅ ｒｏｅｂｌｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ 罗勃林体系中吊杆连续布置，整体性较好，若在 吊索与斜拉索相交处连结可使拉索垂度变化减小， 并可明显减小单根拉索风激振动的可能性，甚至可 以完全消除，这是罗勃林体系的优点．但是，这种体 系受力不明确，斜拉索与悬索相互影响，降低了全桥 的结构性能．尤其是在悬吊部分加载时，由于吊杆的 影响使主缆变形较大，导致斜拉索卸载，索塔发生弯 曲或倾斜，有可能引起边跨的失稳．此外，这种结构 体系的拉索与吊杆相互交织，给人一种繁冗的感觉， 施工也比较繁琐，这是该体系存在的主要缺陷． ２．２狄辛格体系 １９３８年德国著名的桥梁大师狄辛格在系统分 图２狄辛格体系 Ｆｉｇ．２ Ｔｈｅ ｄｉｃｈｉｎｇｅｒ ｓｙｓｔｅｍ 狄辛格体系的优点是结构简明，受力明确，两种 体系分工明确，各司其职，彼此之间的影响较小，施 工难度也比罗勃林体系小．但是由于缺乏斜拉索的 有利作用，使得跨中挠度较大，并且吊拉交接区域受 力较为复杂．此外，斜拉区无吊杆，还会损失吊杆的 一些有利作用，特别是考虑到拉索与吊杆连结时可 以减小拉索垂度变化的作用以及减弱单根拉索风致 振动的作用． ２．３修正的狄辛格体系 随着斜拉桥的发展，人们逐渐认识到稀索体系 有很多不足之处，特别是随着电子计算机和有限分 析方法在工程设计中的应用，设计不再受结构分析 的，因此现代斜拉桥多采用锚固简单、全桥受力 均匀、易于悬臂施工的密索形式．现代的桥梁专家和 学者在进行吊拉组合研究时也倾向于把狄辛格体系 中的斜拉体系部分采用密索形式，从而使结构具有 较好的连续性．由于这种体系是根据狄辛格体系进 行改造、发展和完善，故称之为“修正的狄辛格体 系”，如图３所示． ． 图３ 修正的狄辛格体系 Ｆｉｇ．３ Ｔｈｅ ｕｐｄａｔｅｄ ｄｉｃｈｉｎｇｅｒ ｓｙｓｔｅｍ 这种体系不仅具有狄辛格体系的结构新颖独 特、受力明确、施工简便的优点，而且在一定程度上 弥补了狄辛格体系在结构性能和外观上存在间断性 等不足之处，然而这种改进仍然局限于拉索和悬索 结构布置的调整，对狄辛格体系主梁结构的性能间 断性这一致命缺陷仍未从根本上给予解决． 维普资讯 http://www.cqvip.com 浙江工业大学学报 第３５卷 ２．４预压预应力连续加劲梁吊拉组合体系 互功能强、操作方便、功能全面、结果可靠，可以方便 预压预应力连续加劲梁吊拉组合体系［５］是目前 世界上唯一应用于工程实践的结构体系．乌江大桥 是世界上第一座吊拉组合体系试验桥，通过详尽的 试验研究和结构分析，最终确定在外形上采用修正 的狄辛格体系，另外在交接区部位斜拉索锚固处增 设一根不受力的吊杆，目的是为了使结构外形连续 地建模、分析和结果处理，为结构分析和设计节约了 大量时间和精力．已有不少学者利用这些软件建立 了吊拉组合体系桥的有限元模型，并进行了吊拉组 合体系桥的力学性能分析，计算结果证明这种该计 算模式比较符合吊拉组合体系桥的实际受力状况， 是可行的． 协调无间断．该桥成功的关键在于在悬吊部分施工 过程中预压，增加了主缆的重力刚度，减小了悬吊区 在活载作用下的变形，并在悬索体系和斜拉体系的 结合部位主梁施加预应力以弥补悬索体系主梁与斜 拉体系主梁相比无轴力的差异，使全桥的主梁成为 统一的压弯构件，达到主梁结构连续、刚度、变形和 内力等结构性能连续协调一致，成功解决了狄辛格 体系及修正的狄辛格体系多年来一直阻碍吊拉组合 桥发展的结构性能间断的问题． ３计算理论和分析方法 悬索桥和斜拉桥经过多年的发展之后，其分析 方法和计算理论都已经比较成熟．由于吊拉组合体 系桥在结构体系方面与悬索桥和斜拉索都有所不 同，直接将悬索桥和斜拉桥的计算分析方法应用到 吊拉组合体系桥上，其合理性和结果的可靠性有待 于验证．因此，需要在现有悬索桥和斜拉桥的计算理 论基础上，建立适合于吊拉组合体系桥的分析方法． 目前，已有吊拉组合体系桥的分析普遍都采用 非线性有限元分析理论［７ ，并且考虑了以下几个 非线性影响因素：（１）缆索自重垂度的影响；（２）结构 大变形的影响；（３）初始内力的影响；（４）主梁和索塔 构件压弯耦合作用的影响．但是有限元模型的建立 要与结构本身的特点和分析的目的结合起来，选择 最合适的模型．目前在运用非线性有限元进行分析 时，一般将主缆、吊索、斜拉索等只承受拉力的构件 用三维杆单元模拟，将塔柱、主梁等用具有承受拉、 压、弯、扭能力的三维梁单元模拟，而将桥面铺装、防 撞拦、索夹等用质量单元模拟．恒载、活载、温度变化 产生的位移和内力可按平面杆系结构有限元分析， 但是风载效应、动力特性以及地震响应等分析则应 按空间结构有限元计算． 现在已有不少大型有限元分析软件如ＡＮ— ＳＹＳ，ＡＤＩＮＡ，ＳＡＰ，ＮＳＴＲＡＮ和ＭＩＤＡＳ等已成功 地用于土木结构的分析，这些软件用户界面友好、交 ４静力性能研究 吊拉组合体系桥作为一种缆索承重桥梁是以柔 性的缆索作为其主要的承重构件，因此同斜拉桥和 悬索桥一样存在着结构刚度小，在外部荷载作用下 结构变形大的静力特征．因此，对于吊拉组合体系桥 而言，刚度特性和内力特性依然是其主要的静力分 析内容．此外，同斜拉桥和悬索桥一样，如何确定在 恒载作用下的合理成桥状态也是一个非常重要的问 题，成桥状态合理与否将直接影响桥梁在运营阶段 外部荷载作用分析结果的精度和可靠性．同悬索桥 不同，在运营阶段由于斜拉部分与悬吊部分受力机 理不同，使得端吊索中会出现较大的活载交变轴力， 处理不当将导致端吊索的疲劳破坏，因此还必须采 取有效措施进行疲劳控制，设法降低端吊索的交变 应力幅，使端吊索工作在允许的交变应力范围内． ４．１合理成桥状态的确定 大跨径桥梁都有一个分阶段施工过程，结构最 终的成桥状态内力必须通过施工来实现．桥面主梁 施工顺序的先后和加载方式的不同都会改变吊拉组 合体系桥的主缆线形，同时全桥内力的分布也会相 应地发生改变，所以只能按照它的结构形式、特定的 施工工艺及施工过程建立起相应的计算方法，才能 得到预期设计的主缆线形和符合实际的计算结果． 目前，对于吊拉组合体系桥主要有两种施工工 艺即传统的直接连接工艺以及预压预应力连接工 艺，其主要差异就在于斜拉和悬吊两部分主梁合龙 方法的不同．传统的直接连接施工工艺其主要施工 过程可简述为：将斜拉、悬吊结合处选为合龙截面， 完成主塔和锚碇施工并安装主缆；用缆索吊机完成 从中跨向两边吊装悬吊部分主梁的施工，同时用缆 索吊机完成由主塔向两边逐段吊装斜拉部分主梁和 张拉斜拉索的施工；完成刚接悬吊部分主梁的施工； 完成桥面二期恒载施工，焊接斜拉、悬吊合龙截面并 固定鞍座，结束全桥施工．这种施工工艺可以使斜 维普资讯 http://www.cqvip.com 第５期 张新军，等：吊拉组合体系桥的研究进展 拉、悬吊部分的施工和成桥恒载内力状况相对， 对线形和内力控制十分有利．预压预应力连接主梁 勃林体系和狄辛格体系等四种桥型进行了静力性能 的分析和比较［７］．肖汝诚等取６６０ ｍ主跨斜拉桥和 １ ４００ ｍ主跨悬索桥为对象，进行了相应跨径吊拉 组合体系方案桥的分析和比较，并以主跨１ ４００ ｍ 的组合体系桥为对象，研究各设计参数对其力学特 性的影响［１ ．孙淑红等针对传统的直接连接工艺和 预压预应力连接工艺的吊拉组合体系桥以及组合体 系桥与悬索桥在刚度和内力方面进行了分析和比 工艺则是在悬吊与斜拉部分主梁合龙之前，将悬吊 部分主梁连接为预应力连续梁，而后在悬吊部分主 梁上施加配重，使之下降到与斜拉部分主梁在同一 设计标高位置上进行对接，然后撤除配重并施加二 期恒载，让主梁在恒载作用下保持一定的预拱度．该 方法相当于给吊索与主缆施加了预应力，增加了其 重力刚度，从而使这种刚度不同的斜拉、悬吊部分顺 利地组合在一起． 肖汝诚等针对传统的直接连接施工工艺提出了 吊拉组合体系桥合理成桥状态的确定方法［１ ．该方 法首先以单悬臂状态为结构计算模型，根据索力优 化的影响矩阵法，按设计者意图确定一种最合理的 索力状态，以此内力作为组合体系桥成桥时斜拉部 分结构的内力状态；然后取两端自由的悬索桥作为 计算模型，塔顶鞍座允许水平移动，以一期恒载状态 为初始状态，用有限位移理论分析二期恒载引起的 梁、主缆和吊索内力，并将这一结果与初始状态相叠 加便得到了组合体系桥悬吊部分的内力状态．由于 全桥合龙是在成桥后进行的，合龙过程只影响后期 荷载在结构中产生的内力，对成桥内力没有影响．最 后，综合斜拉和悬吊两部分内力状态，就得到了组合 体系桥的成桥受力状态． 蒙云ｎ。］贝０针对预压预应力连接主梁工艺提出 了结构设计一施工工艺一体化的成桥状态计算方 法．该方法计算时假定斜拉拉桥部分主梁在悬臂拼 装完成时，主梁的内力保持在刚性支撑连续梁的受 力状态；悬吊部分在主梁悬拼时，主缆的形状完全由 施工时的荷载即主梁一期恒载加配重确定，计算时 根据悬吊荷载进行迭代并计人结构几何非线性的影 响．同时，对斜拉索和主缆进行了适当的刚度折减． 斜拉部分和悬吊部分主梁按设计连接方式合龙之 后，主梁按连续梁计算，并分撤除配重、施加二期恒 载和内力叠加等三步完成吊拉组合桥最终的成桥状 态内力计算． 上述两种方法具有一个共同点即计算时，都按 照各自的施工顺序分别计算每个施工阶段的内力， 最后将各施工阶段的内力进行叠加得到吊拉组合体 系桥在成桥状态下的内力值． ４．２静力特性分析 胡隽对主跨２ ０００ ｍ的吊拉组合体系桥进行了 平面有限元分析，并对同跨径的悬索桥、斜拉桥、罗 较［ｇ］．王海军对跨越日本轻津海峡的主跨为４ ０００ ｍ 的吊拉组合体系桥的位移特征进行了分析，并与同 跨径的悬索桥作了比较［１ ．综合以上对静力特性的 分析结果，可以得到以下几点共性的认识： （１）斜拉体系与主缆外锚相结合，使结构兼有 斜拉桥与悬索桥的受力优点．从总体上看，组合体系 桥的受力与悬索桥比较相似，索塔和桥面主梁承受 的弯矩较小，荷载主要由塔、主缆传至基础．相对于 悬索桥而言，组合体系桥具有更好的刚度特性． （２）就极限承载力而言，斜拉桥的承载能力为 最大，吊拉组合体系桥次之，悬索桥最小，这也说明 吊拉组合体系桥具有较高的结构安全储备． （３）从结构刚度和内力方面考虑，预压预应力 组合体系最优，其次是直接连接的组合体系，最后是 悬索桥． （４）在一定范围内改变主缆的矢跨比，组合体 系的静力特性改变远小于悬索桥．小范围内改变吊 跨比对结构的静力性能影响也不大．这说明在一定 范围内，组合体系的这两个设计参数已退化为局部 设计参数． （５）边跨增设辅助墩，可以提高组合体系的结 构刚度，减小活载内力和位移；还可以减小吊索的交 变应力幅，避免吊索疲劳破坏． ４．３端吊索的疲劳控制 吊拉组合体系桥在斜拉与悬吊结合部刚度变化 大，导致运营阶段端吊索在活载作用下产生比较大 的交变轴力，处理不当吊索会出现疲劳问题．为此， 有必要研究端吊索的疲劳控制措施． 肖汝诚等针对影响端吊索交变轴力幅的主要结 构参数包括斜拉部分边跨刚度、吊跨比、斜拉与悬吊 部分主梁的抗弯刚度之比以及斜拉与悬吊结合部的 交叉吊索设置方式等进行了分析，结果表明：增加斜 拉部分与悬吊部分结构的刚度比、增大吊跨比、设置 交叉吊索和边跨辅助墩等对减小活载引起的端吊索 交变轴力幅都是有利的；通过增大吊索面积可以降 维普资讯 http://www.cqvip.com 浙江工业大学学报 第３５卷 低吊索活载应力幅；通过降低吊索恒载轴力可以增 大吊索耐久极限；部分或综合采用这些措施，可以实 现吊索的疲劳控制［１ ． 孙淑红在预应力连续加劲梁吊拉组合桥模型和 试验桥的实桥检测结果证明：采用预压预应力连接 应增加．组合体系桥可以选用半漂浮体系，既能有效 地减小主梁的纵向位移，又能使结构内力分布趋于 合理． ６抗风性能研究 同其它缆索支承桥梁结构型式一样，吊拉组合 工艺后，在各种加载工况下，全桥吊索包括结合部附 近吊索的索力变化较均匀，不存在索力变化幅值过 大而导致吊索疲劳断裂的可能性［ｇ］． ５动力特性研究 与静力性能研究相比，缆索支承桥梁在车辆、地 震和风荷载等动力荷载作用下的响应更是引起设计 和研究人员的极大关注．为了研究桥梁在动力荷载 作用下的响应特性，有必要对吊拉组合体系桥的动 力特性进行研究． 曾攀等采用大型结构分析软件Ａｎｓｙｓ对伶仃 东航道吊拉组合体系桥设计方案进行了动力特性分 析，并探讨了不同主梁纵向约束方式和辅助墩设置 情况的影响［１。。．肖汝诚等对１ ４００ ｍ主跨的吊拉组 合体系方案桥进行了动力特性分析，并与同跨径的 斜拉桥和悬索桥方案进行了比较，在此基础上探讨 了各设计参数对吊拉组合体系桥动力特性的影 响［１ ．胡隽对２ ０００ ｍ主跨的吊拉组合体系方案桥 分析并比较各种桥型方案的自振频率和振型［７］．综 合上述的分析结果，可以得到以下几点共性结论： （１）组合体系桥的一阶横弯、一阶竖弯和一阶 纵飘振型与悬索桥相近，其频率略低于同跨径悬索 桥，但远高于同跨径斜拉桥．一阶扭转振型频率比悬 索桥要高，其振型与斜拉桥相似，且包含了其它振型 的耦合成分，缆、塔、梁共同参与振动，分担了主梁的 耗能，提高了结构的抗风稳定性． （２）吊拉组合体系桥的第一阶振型是横向对称 弯曲振型，第二阶振型是纵向漂浮和竖向对称弯曲 的耦合振型．第一阶频率都很小，基本周期很长，故 对抵抗地震力的作用是比较有利的． （３）在一定范围内改变矢跨比和吊跨比对协作 体系的动力特性影响不大． （４）边跨增设辅助墩后，组合体系桥的一阶弯 频有所增大，但一阶扭频增幅很小．与此相反，塔型 的优化可大大地提高其一阶扭频，而其它振型的频 率改变很小． （５）加强主梁的约束可以使各阶振型的频率相 体系桥结构轻柔，对风的作用也比较敏感，而且风荷 载往往会成为这种桥梁体系的控制性荷载．相比较 而言，对吊拉组合体系桥抗风性能的研究比较少． 笔者采用多模态颤振有限元分析方法对一座主 跨为１ ４００ ｍ的吊拉组合体系方案桥进行了分析， 并探讨了各设计参数对颤振稳定性的影响［１ ．结果 表明：吊拉组合体系桥的抗风稳定性要高于同跨径 的悬索桥，选择适当的矢跨比和吊跨比、采用外倾式 的斜索面布置形式、采用预应力混凝土和钢箱梁的 组合桥面主梁构成以及设置辅助墩都可以改善这种 体系桥的抗风稳定性．日本学者Ｆｕｍｏｔｏ等对２ ８００ ｍ主跨的吊拉组合体系桥进行了模型风洞试验，也 证明了这种桥型具有较好的抗风性能［１ ． ７ 结 语 百余年来，国内外的专家学者对吊拉组合体系 桥的结构体系及其力学性能进行了广泛的研究，为 吊拉组合体系桥的建设和发展奠定了坚实的基础． 进入２１世纪后，世界桥梁工程将进入跨海连岛大桥 建设的新时期．这些桥梁工程将面临软土地基、深水 基础、强台风区等恶劣自然条件的影响，仅用斜拉桥 或悬索桥体系已不能满足工程要求．吊拉组合体系 桥结构新颖、美观、受力合理、跨越能力强、抗风性能 好、施工安全和造价低的优点，在软土地基、强风地 区尤能突出其优越性，因此被认为是２１世纪超大跨 度桥梁发展的重要方向，在跨海工程和软土地区桥 梁的建设中有着广泛的应用前景．乌江大桥的成功 建设，为我们建造更大跨的吊拉组合体系桥创立了 基础和信心．但是，我们应清楚地意识到真正要使这 种桥型在大型和特大型桥梁工程中推广使用，还有 一些问题急需解决如精细化的吊拉组合体系桥的计 算理论、新型的合理结构体系、施工成套技术和工程 控制和抗风抗震等，需要我们继续深入细致地展开 研究． （下转第５８５页） 维普资讯 http://www.cqvip.com 第５期胡双丹，等：账面盈利与经营活动现金净流量的相关性研究——基于金属非金属行业上市公司的实证分析．５８５． （上接第５５８页） 确定［Ｊ］．沈阳建筑大学学报：自然科学版，２００４，２０（４）：２６５— 参考文献： ［１］吉姆辛著．缆索支承桥梁（第二版）［Ｍ］．北京：人民交通出版 社，２００２． ２６８ ［９］孙淑红．大跨径吊拉组合桥结构体系及计算方法研究［Ｄ］．重 庆。重庆交通学院，１９９９． ［２］ＧＩＭＳＩＮＧ Ｎ Ｊ．Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ａ ｌｏｎｇ－ｓｐａｎ ｃａｂｌｅ—ｓｕｐｐｏｒｔｅｄ ｂｒｉｄｇｅ ａｃｒｏｓｓ ｔｈｅ Ｇｒｅａｔ Ｂｅｌｔ ｉｎ Ｄｅｎｍａｒｋ［Ｃ１．Ｉｎｎｏｖａｔｉｖｅ Ｌａｒｇｅ Ｓｐａｎ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ，ＩＡＳＳＣＳＣＥ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｇｒｅｓｓ，Ｔｏｒｏｎｔｏ， １９９２． ［１０３曾攀，钟铁毅，闫贵平．大跨径斜拉一悬索协作体系桥动力分 析口］．计算力学学报，２００２，１９（４）：４７２—４７６． ［１１］ 肖汝诚，项海帆．斜拉一悬吊协作体系桥力学特性及其经济 性能研究［Ｊ］．中国公路学报，１９９９，１２（３）：４３—４８． ［１２］ 肖汝诚，项海帆．拉吊协作桥的施工控制与吊索疲劳控制研 究［Ｊ１．同济大学学报，１９９９，２７（２）：２３４—２３８． ［３］ＬＩＮ Ｔ Ｙ，ＣＨＯＷ Ｐ．Ｇｉｒａｌｔａｒ ｓｔｒａｉｔｓ ｃｒｏｓｓｉｎｇ—ａ ｃｈａｌｌｅｎｇｅ ｔｏ ｂｒｉｄｇｅ ａｎｄ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ［Ｊ］．Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｉｎ— ｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ ＩＡＢＳＥ，１９９１，（２）；５３－５８． ［１３］蒙云．乌江Ｐ－Ｆ－Ｃ吊拉组合索桥设计与施工工艺研究报告 ＪＲ１．重庆交通学院，１９９８． ［１４］金增洪．悬索和斜拉复合桥梁的位移特征［Ｊ］．中外公路， ２００３，２３（１）：４７—５０． ［４］ＯＳＴＥＮＦＥＬＤ Ｋ Ｈ．Ｉｎｎｏｖａｔｉｖｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ ｔｈｅ Ｇｉ— ｂｒａｌｔａｒ Ｓｔｒａｉｔ ｃｒｏｓｓｉｎｇ ｐｒｏｊｅｃｔ［Ｃ］．Ｉｎｎｏｖａｔｉｖｅ Ｌａｒｇｅ Ｓｐａｎ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ，ＩＡＳＳＣＳＣＥ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｇｒｅｓｓ，Ｔｏｒｏｎｔｏ， １９９２． ［１５］张新军，孙炳楠，陈艾荣，等．斜拉一悬吊协作体系桥的颤振稳 定性研究［Ｊ１．土木工程学报，２００４，３７（７）：１０６—１１０． ［１６］ＦＵＭＯＴＯ Ｋ，ＭＵＲＡＫＯＳＨＩ Ｊ，ＨＡＴＡ Ｋ，ｅｔ ａ１．Ａ ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｔｈｅ ａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ａ ｎｅｗ ｔｙｐｅ ｏｆ ｓｕｐｅｒ ｌｏｎｇ ［５］ 蒙云，刘东，孙淑红．大跨度Ｐ—Ｆ－Ｃ吊拉组合桥设计研究［刀． 重庆交通学院学报，１９９９，１８（４）：８－１２． ［６］ 肖汝诚，贾丽君，薛二乐，等．斜拉～悬吊协作体系桥的设计探 索［Ｊ１．土木工程学报，２０００，３３（５）：４６—５１． ｓｐａｎ ｂｒｉｄｇｅ［Ｃ］．Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ＩＡＢＳＥ Ｃｏｎｇｒｅｓｓ，Ｓｈａｎｇｈａｉ， ２００４． ［７］胡隽．大跨度吊拉组合索桥的理论研究［Ｄ］．北京；北方交通 大学，２０００． （责任编辑：翁爱湘） ［８］包龙生，杨炳成，于玲．吊拉组合索桥的模型建立与初始索力
