第一节 桥梁工程
一、桥梁的基本组成
概括地说，桥梁由4个基本部分组成，即上部结构（superstructure）、下部结构（substructure）、支座（bearing）和附属设施（accessory）。
图3－1为一座公路桥梁的概貌，现对涉及一般桥梁工程的几个主要名词解释如下。
图3－1 梁式桥概貌
上部结构是在线路中断时跨越障碍的主要承重结构，是桥梁支座以上（无铰拱起拱线或刚架主梁底线以上）跨越桥孔的总称。当跨越幅度较大时，上部结构的构造也就越复杂，施工难度也相应增加。
下部结构包括桥墩（pier）、桥台（abutment）和基础（foundation）。
桥墩和桥台是支承上部结构并将其传来的恒载和车辆等活载再传至基础的结构物。通常设置在桥两端的称为桥台，设置在桥中间部分的称为桥墩。桥台除了上述作用外，还与路堤相衔接，并抵御路堤土压力，防止路堤填土的塌落。单孔桥只有两端的桥台，而没有中间桥墩。
桥墩和桥台底部的奠基部分，称为基础。基础承担了从桥墩和桥台传来的全部荷载，这些荷载包括竖向荷载以及地震力、船舶桩基墩身等引起的水平荷载。由于基础往往深埋于水下地基中，在桥梁施工中是难度较大的一个部分，也是确保桥梁安全的关键之一。
支座是设在墩（台）顶，用于支承上部结构的传力装置。它不仅要传递很大的荷载，并且要保证上部结构按设计要求能产生一定的变位。
桥梁的基本附属设施，包括桥面系（bridge decking）、伸缩缝（expansion joint）、桥梁与路堤衔接处搭板（transition slab at bridge head）和锥形护坡（conical slope）等。
河流中的水位是变动的，枯水季节的最低水位称为低水位（low water level），洪峰季节河流中最高水位称为高水位（high water level）。桥梁设计中按规定的设计洪水频率计算所得到的高水位（很多情况下是推算水位），称为设计水位（designed water level）。在各级航道中，能保持船舶正常航行时的水位，称为通航水位（navigable water level）。
二、基本概念
（1）净跨径（clear span）。设支座的桥梁为相邻两墩、台身顶内缘之间的水平净距，不设支座的桥梁为上、下部结构相交处内缘间的水平净距，用l0表示（图3－1）。
（2）总跨径（total span）。是多孔桥梁中各孔净跨径的总和（∑l0），它反映了桥下宣泄洪水的能力。
（3）计算跨径（computed span）。具有支座的桥梁，是指桥垮结构相邻两个支座中心之间的水平距离，不设支座的桥梁（如拱桥、钢构桥等），为上、下部结构的相交面之中心间的水平距离，用l表示，桥梁结构的力学计算是以l为准的。
（4）标准跨径（standard span）用Lk表示。梁式桥、板式桥，是指两相邻桥墩中线之间的距离，或桥墩中心线至桥台台背前缘之间的距离；拱桥和涵洞，则是以净跨径为准。
（5）桥长即桥梁全长（total length of bridge）。有桥台的桥梁为两端两个桥台的侧墙或耳墙后端点之间的距离；无桥台的桥梁为桥面系行车道长度，用L表示。
（6）桥梁的建筑高度（construction height of bridge）。是上部结构底缘至桥面顶面的垂直距离。线路定线中所确定的桥面高程，与通航（或桥下通车、人）净空界限顶部高程之差，称为容许建筑高度（allowable construction height）。显然，桥梁建筑高度不得大于容许建筑高度。为控制桥梁建筑高度，可以通过在桥面以上布置结构（如斜拉桥，悬索桥，中、下承式拱桥等）的方式加以解决。
（7）桥面净空（clearance above bridge floor）。是桥梁行车道、人行道上方应保持的空间界限，公路、铁路和城市桥梁对桥面净空都有相应的规定。
我国《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60—2004）规定了特大、大、中、小桥按总长和单孔跨径的划分，见表3－1。
表3－1 桥梁按总长L和标准跨径Lk分类
三、桥梁的分类
（1）桥梁按受力体系分类，可分为梁式桥（beam bridge）、拱式桥（arch bridge）、悬索桥（suspension bridge）、组合体系桥[包括刚构桥（rigid frame bridge）、斜拉桥（cable stayed bridge）等]。
（2）按用途来划分，有公路桥（highway bridge）、铁路桥（railway bridge）、公铁两用桥（highway and railway transit bridge）、农桥（rural bridge）或机耕道桥、人行桥（foot bridge）、水运桥（aqueduct bridge）或渡槽、管线桥（pipeline bridge）等。
（3）按桥梁全长和跨径的不同，分为特大桥（super major bridge）、大桥（major bridge）、中桥（medium bridge）、小桥（small bridge）和涵洞（culvert）。
（4）按主要承重结构所用的材料划分，有圬工桥（masonry bridge，包括砖、石、混凝土桥）、钢筋混凝土桥（reinforced concrete bridge）、预应力混凝土桥（prestressed concrete bridge）、钢桥（steel bridge）、钢－混凝土组合桥（steel－concrete composite bridge）和木桥（timber bridge）等。木材易腐，且资源有限，一般不用于永久性桥梁。
（5）按跨越障碍的性质，可分为跨河桥（river bridge）、跨海桥（sea－crossing bridge）、跨线桥（overpass bridge）、立交桥（interchange）、高架桥（viaduct）和栈桥（trestle）。
（6）按桥跨结构的平面布置，可分为正交桥（right bridge）、斜交桥（skew bridge）和弯桥（curved bridge）。
（7）按上部结构的行车位置划分，分为上承式桥（deck bridge）、下承式桥（through bridge）和中承式桥（half－through bridge）。
（8）按照桥梁的可移动性，可分为固定桥（fixed bridge）和活动桥（movable bridge），活动桥包括开启桥（bascule bridge）、升降桥（lift bridge）、旋转桥（swing bridge）和浮桥（floating bridge）等。
四、梁式桥
梁式桥是一种在竖向荷载作用下无水平反力的结构[图3－2（a）、（b）]，由于外力（恒载和活载）的作用方向与承重结构的轴线接近垂直，因而与同样跨径的其他结构体系相比，梁桥内产生的弯矩最大，通常需要抗弯、抗拉能力强的材料（钢、配筋混凝土、钢－混凝土组合结构等）来建造。对于中、小跨径桥梁，目前在公路上应用最广的是标准跨径的钢筋混凝土简支梁桥，施工方法有预制装配和现浇两种。这种梁桥的结构简单，施工方便，简支梁对地基承载力的要求也不高，其常用跨径在25m以下，当跨径较大时，需采用预应力混凝土简支梁桥，但跨度一般不超过50m。为了改善受力条件和使用性能，地质条件较好时，中、小跨径梁桥均可修建连续梁桥，如图3－2（c）所示，对于很大跨径的大桥和特大桥，可采用预应力混凝土梁桥、钢桥和钢－混凝土组合梁桥，如图3－2（d）、（e）所示。
（一）钢筋混凝土和预应力混凝土梁式桥的一般特点
1.钢筋混凝土梁桥的一般特点
钢筋混凝土梁式桥的优点:采用抗压性能好的混凝土和抗拉能力强的钢筋结合在一起建成的，就地取材、工业化施工、耐久性好、适应性强、整体性好、美观。缺点:结构自重大，大大限制了钢筋混凝土梁式桥的跨越能力，如就地现浇，则工期长、耗费模板。一般适用于中、小跨径桥梁。钢筋混凝土简支梁桥的最大跨径约为20m。悬臂梁桥与连续梁桥的最大跨径为60～70m。
图3－2 梁式桥
2.预应力混凝土梁桥的一般特点
预应力混凝土可看作是一种预先储存了足够压应力的新型混凝土材料。预应力混凝土梁式桥的优点:①能有效利用高强度材料（高强混凝土、高强钢材），减小构件截面，减轻自重，增大跨越能力；②节省钢材；③减小建筑高度，使大跨度桥梁做得轻巧美观，能消除或延缓裂缝产生，提高耐久性；④可在纵向、横向、竖向施加预应力，使装配式结构集整成理想整体，提高运营质量。当然，它也需要高强度材料、预应力张拉设备（锚具）和较复杂施工工艺。目前，预应力混凝土简支梁桥的跨径已达到50～60m，悬臂梁、连续梁的最大跨径已接近250m。
（二）梁式桥的主要类型
1.按承重结构的截面型式划分
（1）板桥。承重结构为钢筋混凝土板或预应力混凝土板。其特点是结构简单，施工方便，但跨越能力小。一般适用于10m以下的小跨径桥梁。
（2）肋板式梁桥（T梁桥）。承重结构为T梁——梁肋（腹板）与顶板（顶部钢筋混凝土桥面板）相结合。参与受拉区混凝土得到很大程度的挖空，减轻自重，所以跨越能力增大。目前，中等跨径（13～15m）的梁桥，通常多采用肋板式梁桥。
（3）箱形梁桥。承重结构为箱梁。其受力特点是既提供了能承受正、负弯矩的足够的混凝土受压区，同时抗弯抗扭能力也特别大。适用于较大跨径的悬臂梁桥、连续梁桥（正负弯矩）和预应力混凝土简支梁桥（全截面参与受力），不适用于普通钢筋混凝土简支梁桥。
2.按承重结构的静力体系划分
（1）简支梁桥。以孔为单元，相邻桥孔各自单独受力，属静定结构，适用于中、小跨度。它的优点是结构简单，架设方便，可降低造价，缩短工期，同时最易设计成各种标准跨径的装配式构件。但相邻两跨之间存在异向转角，路面有折角，影响行车平顺。
（2）悬臂梁桥。又称伸臂梁桥，是将简支梁向一端或两端悬伸出短臂的桥梁。这种桥梁有单悬臂梁桥或双悬臂梁桥。悬臂梁桥往往在短臂上搁置简支的挂梁，相互衔接构成多跨悬臂梁。有短臂和挂梁的桥孔称为悬臂孔或挂孔，支持短臂的桥孔称为锚固孔。悬臂梁桥的每个挂孔两端为桥面接缝，悬臂端的挠度较大，行车条件并不比简支梁桥有所改善。悬臂梁一片主梁的长度较同跨简支梁为长，施工安装上相应要困难些。目前对预应力混凝土悬臂梁桥多采用悬臂拼装或悬臂浇筑的方法施工。为适应悬臂施工法的发展，保证主梁的内力状态和施工时一样，出现了一种没有锚固孔的梁桥，并把悬伸的短臂和墩身直接固结在立面上，形成“T”形刚构桥，若采用预应力混凝土结构，可极大地提高其跨越能力。这种桥是在20世纪50年代后发展起来的。
（3）连续梁桥。是主梁连续支承在几个桥墩上。在荷载作用时，主梁的不同截面上有的有正弯矩，有的有负弯矩，而弯矩的绝对值均较同跨径桥的简支梁小。这样，可节省主梁材料用量。连续梁桥通常是将3～5孔做成一联，在一联内没有桥面接缝，行车较为顺适。连续梁桥施工时，可以先将主梁逐孔架设成简支梁后互相连接成为连续梁，或者从墩台上逐段悬伸加长最后连接成为连续梁。近一二十年，在架设预应力混凝土连续梁时，成功地采用了顶推法施工，即在桥梁一端（或两端）路堤上逐段连续制作梁体，逐段顶向桥孔，使施工较为方便。连续梁桥主梁内有正弯矩和负弯矩，构造比较复杂。此外，连续梁桥的主梁是超静定结构，墩台的不均匀沉降会引起梁体各孔内力发生变化。因此，连续梁一般用于地基条件较好、跨径较大的桥梁上。1966年建成的美国亚斯托利亚桥，是目前跨径最大的钢桁架连续梁桥，它的跨径为376m。
3.按承重结构的材料划分
按承重结构的材料划分有木梁桥、石梁桥、钢梁桥、钢筋混凝土梁桥、预应力混凝土梁桥以及用钢筋混凝土桥面板和钢梁构成的结合梁桥等。木梁桥和石梁桥只用于小桥，钢筋混凝土梁桥用于中、小桥，钢梁桥和预应力混凝土梁桥可用于大、中桥。
（三）桥面构造
典型的装配式预应力混凝土简支梁桥上部构造包括:①主梁（纵梁）——主要承重结构；②横隔梁（横梁）——保证活载的横向分布；③行车道板——由纵梁翼缘构成行车平面；④桥面部分——桥面铺装＋桥面排水设施＋伸缩缝＋人行道和栏杆；⑤支座；等等。
由于桥面部分多属外露部位（除花桥、廊桥），直接与行人、车辆、大气接触，所以其构造合理性、施工质量、养护质量直接影响到桥梁的使用功能，应引起注意。
1.桥面铺装
桥面铺装为桥面中最上层的部分，其作用是保护桥梁主体结构，承受车轮直接磨损，防止主梁遭受雨水侵蚀，并对车辆集中荷载起一定的分布作用。所以，桥面铺装应有一定强度，防止开裂，耐磨损。桥面铺装的类型有以下3种。
（1）普通水泥混凝土、沥青混凝土铺装。适用于非严寒地区小跨径桥，通常不做专门的防水层，而直接在桥面上铺普通水泥混凝土、沥青混凝土铺装层。
（2）防水混凝土铺装。适用于防水程度要求不高时，可在桥面板上铺筑8～10cm厚的防水混凝土作为铺装层，其上铺2cm厚沥青表面处治作为磨耗层。
（3）具有贴式防水层的水泥混凝土或沥青混凝土铺装。当防水程度要求高时，采用贴式防水层。结构层自下而上分别为贫混凝土排水三角垫层、贴式防水层（三油两毡1～2cm）、20号混凝土保护层4cm、沥青混凝土或水泥混凝土铺装5cm。
2.桥面排水设施
桥面积水的危害表现在:不利于行车安全，也给行人带来不便，还会给钢筋混凝土结构带来损害。钢筋混凝土结构不宜经受时而湿润时而干晒的交替作用。水分侵蚀钢筋会使它锈蚀，如果水分因严寒而结冰还会导致混凝土发生破坏。所以，为防止雨水滞积于桥面并渗入梁体而影响桥梁耐久性，除在桥面铺装内设置防水层外，还应使桥上的雨水迅速引导而排出桥外。
1）设置横坡
桥面铺装沿横向应设置足够的桥面横坡，坡度可按路面横坡取用或比后者大0.5%。行车道路面采用抛物线型横坡，人行道则用直线型的单面坡。
2）设置纵坡
桥梁纵向一般设置双向纵坡，桥中心设竖曲线。除利于排水外，还可在满足桥下通航净空要求的前提下，降低墩台标高，减少桥头引道土石方量，节省投资。
3）设置桥面排水设施
（1）横向排水孔道。适用于跨径不大、不设人行道的小桥。可直接在行车道两侧安全带或缘石上预留横向孔，并用铁管、竹管将水排出桥外。其构造简单，但容易堵塞。
（2）钢筋混凝土泄水管。适用于采用防水混凝土铺装的桥梁。可沿行车道两侧左右对称排列，也可交替排列。离缘石的距离为20～50cm。
（3）金属泄水管。适用于具有贴式防水层铺装结构的桥梁。泄水管布置在人行道下面，为此，需要在人行道块件（缘石部分）上流出横向进水孔，并在泄水管周围（三面）设置相应的聚水槽。
3.桥面伸缩缝
桥面伸缩缝的作用:为保证桥跨结构在气温变化、活载作用、混凝土收缩与徐变等影响下能自由变形，需要使桥面在两梁端之间以及梁端与桥台背墙之间设置横向伸缩缝，如图版Ⅰ－1所示。要求伸缩缝能保证梁自由变形，车辆平顺通过，防止雨水、垃圾堵塞，减少噪音。特别要注意，伸缩缝附近的栏杆要断开，使其能相应地自由变形。
（1）条形橡胶伸缩缝。条形橡胶伸缩装置是我国20世纪70年代在小跨度公路桥上常用的一种伸缩装置。它主要是利用夹在伸缩缝中的条形橡胶的弹性来达到伸缩的目的。这种伸缩装置的主要缺点是伸缩量小，只有20mm左右，寿命短，橡胶老化后更换不便，现已很少采用（图3－3，图中c表示预留伸缩缝宽度）。
图3－3 条形橡胶伸缩缝装置
1.橡胶；2.角钢；3.混凝土
（2）梳形钢板伸缩缝。梳形钢板伸缩装置是由分别连接在相邻两个梁端的梳形钢板交错咬合而成，并利用梳齿的张合来满足桥面伸缩要求。它的特点是构造简单，伸缩自如，伸缩量大；缺点是不防水，梁端转角会在齿端形成折角，路面不平，高速行车时引起车辆跳动（图版Ⅰ－2）。
（3）板式橡胶伸缩缝。板式橡胶伸缩装置是我国20世纪80年代以来用得较多的一种伸缩装置（图版Ⅰ－3）。它是利用橡胶板的弹性和表面做成的伸缩槽来达到伸缩的目的，并在橡胶板中设置钢板以加强橡胶的承载能力，伸缩量可达到60mm。构造简单，价格便宜，但安装较困难，伸缩变形时阻力较大，使用时有时出现橡胶板脱落事故。
（4）模数式伸缩缝。钢与橡胶组合的模数式伸缩装置伸缩量大、结构较为复杂，但功能比较完善，是通行高速公路的桥梁上主要使用的一种伸缩装置（图版Ⅰ－4）。它是由异型钢与橡胶条组成的犹如手风琴式的伸缩体，每个伸缩体的伸缩量为60～100mm。视中梁根数不同，可以组合成宽度为60/80/100mm倍数的各种伸缩缝。
五、拱桥
拱桥是我国公路上使用较广泛的一种桥型。拱桥的主要承重结构是拱圈或拱肋（拱圈横截面设计成分离形式时称为拱肋）。拱结构在竖向荷载作用下，桥墩和桥台将承受水平推力，同时，根据作用力和反作用力原理，墩台向拱圈（或拱肋）提供一对水平反力，这种水平反力使拱内产生轴向压力，从而大大减小了拱圈的截面弯矩，使之成为偏心受压构件，截面上的应力分布与受弯梁的应力相比，较为均匀。因此，可以充分利用主拱截面材料强度，使跨越能力增大。
拱桥的主要优点是:①跨越能力较大；②能充分就地取材，与混凝土梁式桥相比，可以节省大量的钢材和水泥；③耐久性能好，维修、养护费用少；④外形美观；⑤构造较简单。
但拱桥也有缺点，主要是:①自重较大，相应的水平推力也较大，增加了下部结构的工程量，当采用无铰拱时，对地基条件要求高；②由于拱桥水平推力较大，在连续多孔的大、中桥梁中，为防止一孔破坏而影响全桥的安全，需要采用较复杂的措施，例如设置单向推力墩，但会增加造价；③与梁式桥相比，上承式拱桥的建筑高度较高，当用于城市立交及平原地区时，因桥面高程提高，使两岸接线长度增长，或者使桥面纵坡增加，既增加了造价又不利于行车。
（一）拱桥的主要组成
拱桥的上部结构和下部结构主要组成部分的名称如图3－4所示。
拱桥上部结构由主拱圈和拱上建筑组成。主拱圈是拱桥的主要承重结构。桥面与主拱圈之间需要有传力的构件或填充物，以使车辆能在平顺的桥道上行驶。桥面系和这些传力构件或填充物统称为拱上建筑。
拱桥的下部结构由桥墩、桥台及基础等组成，用以支承桥跨结构，将桥跨结构的荷载传至地基。桥台还起到与两岸路堤相连接的作用，使路桥形成一个协调的整体。
拱圈最高处称为拱顶，拱圈和墩台连接处称为拱脚（或起拱面）。拱圈各横向截面（换算截面）的形心连线称为拱轴线。拱圈的上曲面称为拱背，下曲面称为拱腹。起拱面与拱腹相交的直线称为起拱线。
拱桥的几个主要技术名称如下。
净跨径（l0）——每孔拱跨两个起拱线之间的水平距离。
图3－4 拱桥的主要组成部分
计算跨径（l）—相邻两拱脚截面形心点之间的水平距离。因为拱圈（或拱肋）各截面形心点的连线称为拱轴线，故也就是拱轴线两端点之间的水平距离。
净矢高（f0）——拱顶截面下缘至起拱线连线的垂直距离。
计算矢高（f）——拱顶截面形心至相邻两拱脚截面形心之连线的垂直距离。
（二）拱桥的主要类型
拱桥的形式可以按照以下几种不同的方式进行分类。
·按照主拱圈所使用的建筑材料可以分为圬工拱桥、钢筋混凝土拱桥、钢拱桥和钢－混凝土组合拱桥等。
·按照拱上建筑的形式可以分为实腹式拱桥和空腹式拱桥。
·按照主拱圈线形可分为圆弧线拱桥、抛物线拱桥和悬链线拱桥。
·按照桥面的位置可分为上承式拱桥、中承式拱桥和下承式拱桥。
·按照有无水平推力可分为有推力拱桥和无推力拱桥。
·按照结构受力图式可分为简单体系拱桥、组合体系拱桥和拱片桥。
·按照拱圈截面形式可分为板拱桥、板肋拱桥、肋拱桥、双曲拱桥、箱形拱桥、钢管混凝土拱桥、劲性骨架混凝土拱桥。
1.按照结构受力图式分类
1）简单体系拱桥
其均为有推力拱，可以做成上承式、中承式和下承式。
按照主拱的静力体系，简单体系拱桥又可以分为如下3种。
（1）三铰拱。它属外部静定结构。由温度变化、混凝土收缩徐变、支座沉陷等因素引起的变形不会对它产生附加内力，故计算时无需考虑体系变形对内力的影响。它适合于在地基条件很差的地区修建，但由于铰的存在，使其构造复杂、施工困难、维护费用增高，而且减小了结构的整体刚度，降低了抗震能力，又由于拱的挠度曲线在顶铰处有转折，对行车不利，因此，三铰拱一般较少被采用。
（2）两铰拱。它属外部一次超静定结构。由于取消了拱顶铰，使结构整体刚度较相应三铰拱大。由基础位移、温度变化、混凝土收缩和徐变等引起的附加内力比对无铰拱的影响要小，故可在地基条件较差时或坦拱中采用。
（3）无铰拱。它属外部三次超静定结构。在自重及外荷载作用下，拱内的弯矩分布比两铰拱均匀，材料用量省。由于没有设铰，结构的整体刚度大、构造简单、施工方便、维护费用少，因此在实际中使用最广泛。但由于无铰拱的超静定次数高，温度变化、收缩徐变，特别是墩台位移会在拱内产生较大的附加内力，所以无铰拱一般修建在地基良好的条件下，这使它的使用范围受到一定的限制。
2.组合体系拱桥
拱式组合体系桥一般由拱肋、系杆、吊杆（或立柱）、行车道梁（板）及桥面系等组成。拱式组合体系桥将梁和拱两种基本结构组合起来，共同承受桥面荷载和水平推力，充分发挥梁受弯、拱受压的结构特性及其组合作用，达到节省材料的目的。组合体系拱桥一般可以分为以下几种类型。
（1）梁拱组合体系桥。梁拱组合体系桥是出现得最早也是应用得最多的组合体系拱桥，主要分为4类:简支梁拱组合体系桥、连续梁拱组合体系桥、悬臂梁拱组合体系桥和桁式梁拱组合体系桥。简支梁拱组合体系桥只用于下承式，属外部静定结构。这种结构的力学图式常被称为刚拱刚梁，拱主要承担轴压力，系梁主要承受轴拉力。
连续梁拱组合体系桥，拱的水平推力与梁的轴向拉力相互作用，拱与梁截面的总弯矩等效主要有拱压、梁拉的受力形式，剪力则主要成为拱压力的竖向分力。
悬臂梁拱组合体系桥在恒载作用阶段是系杆拱，因而在大跨径桥梁自重产生的内力占较大比重的情况下，悬臂梁拱组合体系桥能达到自重轻、用料省的目的。
桁式梁拱组合体系桥将桁架拱桥拱脚部位的上、下弦均与墩台固结，并在跨径中部的适当位置把上弦断开，下弦仍保持连续，形成梁拱组合体系。通过断开位置的合理选择，使全桥受力均匀。
2005年完工的拉萨河特大桥（图版Ⅱ－1）是青藏铁路上的标志性工程，横跨拉萨河上，距拉萨火车站约2km，距拉萨市中心约5km。该桥总长940.85m，主跨108m，主桥采用五跨三拱连续梁钢管混凝土拱组合结构，主梁横截面采用双主纵梁形式，引桥采用预应力混凝土连续箱梁形式。工程建设中，针对独特的高原自然环境，钢结构采用了柔性氟碳漆防护体系，结构混凝土采用高原耐久性混凝土，采用了有机硅表面防护体系，特别是在高原地区采取连续性钢管混凝土拱组合体系。2008年1月，青藏铁路拉萨站房工程、拉萨河特大桥工程双双获得中国建筑工程最高奖——鲁班奖（国家优质工程），一起载入了中国建筑业发展的史册。
（2）刚构拱组合体系桥。刚构拱组合体系桥由于结构受力和桥梁美学上的优势，近年来逐渐得到采用，主要分为两类:连续刚构拱组合体系桥、斜腿刚构拱组合体系桥。连续刚构拱组合体系桥，从结构受力来看，梁体自重主要由梁承担，二期恒载和活载由梁、拱共同承担，各自受力的大小受梁、拱刚度和柔性吊杆面积大小的影响。荷载在梁、拱中产生的内力大部分转变为它们所形成自平衡体系的相互作用力。拱的水平推力与梁的轴向拉力相互作用，梁拱截面的总弯矩效应主要表现为拱受压、梁受拉，跨中剪力主要由拱压力的竖向分力平衡。大部分外部永久荷载不产生对桥墩的水平推力，其结构性能已不同于一般的梁拱组合体系桥，经济技术指标优良，外形美观，结构轻巧。
在建及已建成的桥梁中，重庆菜园坝长江大桥主桥采用“Y”形刚构钢箱提篮拱组合体系，广州新光大桥主桥采用三角形刚构钢桁拱组合体系，广珠城际快速轨道交通小榄大桥则采用预应力混凝土“V”形刚构拱组合体系。
广州新光大桥（图版Ⅱ－2）主桥采用钢桁拱和预应力混凝土刚构组合体系。桥梁的主跨桥面纵横梁采用钢结构，系杆采用钢绞线拉索；边跨系杆和桥面横梁采用预应力混凝土结构，主跨、边跨桥面板和边跨桥面纵梁采用钢筋混凝土结构。
（3）斜拉拱组合体系桥。斜拉拱组合体系桥按斜拉索作用的位置，可分为斜拉索作用在桥面上和斜拉索作用在拱肋上两种形式，前者如马来西亚的普特拉贾亚桥，后者如湘潭湘江四桥。
斜拉拱桥充分发挥了斜拉桥与拱桥的索拱相互作用，既提高了结构的跨越能力，又提高了结构的刚度和稳定性。斜拉索同时是拱肋安装过程中的扣索，桥塔可作为施工吊、扣临时塔架。研究结果表明，该组合桥式结构具有良好的受力性能与合理的经济技术指标，造型新颖美观，具有丰富的桥梁景观效应。
湘潭湘江四桥（图版Ⅱ－3）全长约1 345m，其中主桥长640m，为120m＋400m＋120m斜拉飞燕式钢管混凝土拱桥。大桥主拱采用中承式双肋无铰平行拱，拱肋中心距为34m，计算跨径为388m，拱肋矢跨比为1/5.19，拱肋轴线理论矢高为74.7m，折线起拱。设计上采用以拱结构受力为主，辅以斜拉索受力的组合结构体系，这种结构形式的钢管拱在国内为首创。
（4）悬索拱组合体系桥。悬索拱组合体系桥根据吊杆作用的位置，可分为吊杆作用在桥面上与吊杆作用在拱肋上两种形式，前者如无锡五里湖大桥，后者如日本设计的一座主跨200m的钢管人行悬拱桥。
通常悬索桥的主梁仅仅是由吊杆悬挂，在纵桥向并不固定，主梁一般要采用加劲梁的形式以弥补主梁刚度的不足；另一方面，普通拱桥的拱肋通常都要承受较大的压力和弯矩。而悬索桥与拱桥的组合体系结构，集中了两者的优点，很好地解决了上述问题。
无锡五里湖大桥主桥（图版Ⅱ－4）为上承式梁拱和斜塔悬索组合结构，跨径组合为35m＋80m＋35m，全长150m，桥宽33m。主拱跨径为80m，矢高12.5m，矢跨比1/6.4，拱轴线为悬链线。钢筋混凝土箱形拱圈宽27～23.8m，高1.5m。
2.按主拱圈截面形式分类
拱桥的主拱圈，沿拱轴线可以做成等截面或变截面的形式。
主拱圈所使用的建筑材料主要有圬工、钢筋混凝土、钢材和钢－混凝土组合结构等。根据材料的特性，圬工拱桥主要用于跨径小，并且能就地取材的情况，目前使用较少。钢拱桥主要用于大跨径，从已建拱桥看，我国大部分拱桥都采用钢筋混凝土结构。随着设计理论和施工工艺的完善，钢筋混凝土拱桥目前已是最具有竞争力的桥型之一。钢－混凝土组合结构是近十几年发展起来的，主要有钢管混凝土拱桥和劲性骨架混凝土拱桥两种，下面分别做简要介绍。
1）板拱桥
主拱圈采用矩形实体截面的拱桥称为板拱桥。它的构造简单、施工方便，但在相同截面面积的条件下，实体矩形截面比其他形式截面的抵抗矩小。通常只在地基条件较好的中、小跨径圬工拱桥中才采用这种形式。
如果在较薄的拱板上增加几条纵向肋，以提高拱圈的抗弯刚度，就构成板拱的另外一种形式即板肋拱，它的拱圈截面由板和肋组成。
2）混凝土肋拱桥
肋拱桥是在板拱桥的基础上发展形成的，它是将板拱划分成两条或多条分离的、高度较大的拱肋，肋与肋间用横系梁相连。这样就可以用较小的截面面积获得较大的截面抵抗矩，从而节省材料，减轻拱桥的自重，因此多用于大、中跨径的拱桥。
3）双曲拱桥
其主拱圈横截面由一个或数个横向小拱单元组成，由于主拱圈的纵向及横向均呈曲线形，故称之为双曲拱桥。这种截面抵抗矩较相同材料用量的板拱大，故可节省材料。施工中可采用预制拼装，较之板拱有较大的优越性，但存在着施工工序多、组合截面整体性较差和易开裂等缺点，一般用于中、小跨径拱桥。
4）箱形拱桥
这类拱桥外形与板拱相似，由于截面挖空，使箱形拱的截面抵抗矩较相同材料用量的板拱大很多，所以能节省材料，减轻自重，相应地也减少下部结构材料用量，对于大跨径拱桥则效果更为显著。又因为它是闭口箱形截面，截面抗扭刚度大，横向整体性和结构稳定性均较双曲拱好，故特别适用于无支架施工。但箱形截面施工制作较复杂，因此，大跨径拱桥采用箱形截面才是合适的。
5）钢管混凝土拱桥
钢管混凝土（Concrete Filled Steel Tube，简称为CFST），属于钢－混凝土组合结构中的一种，主要用于以受压为主的结构。它一方面借助内填混凝土增强管壁的稳定性，同时又利用钢管对核心混凝土的套箍作用，使核心混凝土处于三向受压状态，从而使其具有更高的抗压强度和抗变形能力。此外，钢管混凝土拱桥尚具有以下几个方面的优点。
（1）总体性能方面。由于钢管混凝土承载能力大，正常使用状态是以应力控制设计，外表不存在混凝土裂缝问题，因而可以使主拱圈截面及其宽度相对减小，这样便可以减小桥面上承重结构所占的宽度，提高了中、下承式拱的桥面宽度的使用效率。
（2）施工方面。钢管本身相当于混凝土的外模板，具有强度高、质量轻、易于吊装或转体的特点，可以先将空管拱肋合拢，再压注管内混凝土，从而大大降低了大跨径拱桥施工的难度，省去了支模、拆模等工序，并可适应先进的泵送混凝土工艺。
与所有材料一样，钢管混凝土材料也有它自身的缺点。对于管壁外露的钢管混凝土，在阳光照射下，钢管膨胀，容易造成钢管与内填混凝土之间出现脱空现象。另外，由于施工中钢管先于管内混凝土受力，往往造成钢管应力偏高而混凝土不能发挥应有的作用，这些问题都是需要解决的。
6）劲性骨架混凝土拱桥
劲性骨架混凝土拱桥与普通钢筋混凝土拱桥的区别在于前者以钢骨拱桁架作为受力筋，它可以是型钢，也可以是钢管。采用钢骨作劲性骨架的混凝土拱又可称为内填外包型钢管混凝土拱，主要用在大跨度的拱桥中，同时也解决了大跨度拱桥施工的“自架设问题”，即首先架设自重轻，刚度、强度均较大的钢管骨架，然后在空钢管内压注混凝土形成钢管混凝土，使骨架进一步硬化，再在钢管混凝土骨架上外挂模板浇筑外包混凝土，形成钢筋混凝土结构。在这种结构中，钢管和随后形成的钢管混凝土主要是作为施工的劲性骨架来考虑的。成桥后，它也可以参与受力，但其用量通常是由施工设计控制。目前，世界最大跨径的钢筋混凝土拱桥——万县长江大桥即为用钢管作劲性骨架的拱桥。劲性骨架混凝土拱桥跨越能力大、超载潜力大、施工方便，是一种极具发展潜力的拱桥结构形式。
（三）拱桥实例
1.赵州桥
赵州桥又称安济桥，在河北省省会石家庄东南约40多千米的赵县城南2.6km处，它横跨洨水南、北两岸，建于隋朝大业元年至十一年（公元605—616年），由匠师李春监造，距今已有1 400年的历史（图版Ⅱ－5）。因桥体全部用石料建成，俗称“大石桥”。
该桥是一座空腹式的圆弧形石拱桥，是世界上现存最早、保存最好的巨大石拱桥。赵州桥是入选世界纪录协会最早的敞肩石拱桥，创造了世界之最。河北民间将赵州桥与沧州铁狮子、定州开元寺塔、正定隆兴寺菩萨像并称为“华北四宝”。
该桥长50.82m，跨径37.02m，拱高7.23m，两端宽9.6m，在拱圈两肩各设有两个跨度不等的小拱，即敞肩拱，这是世界造桥史的一个创造（没有小拱的称为满肩或实肩型），使其比实肩拱显得空秀灵丽，既能减轻桥身自重、节省材料，又便于排洪、增加美观。赵州桥的设计构思和工艺的精巧，不仅在我国古桥是首屈一指，据世界桥梁的考证，像这样的敞肩拱桥，欧洲到19世纪中期才出现，比我国晚了1 200多年。唐朝的张鷟说，远望这座桥就像“初月出云，长虹饮涧”。
赵州桥的基础非常坚固，选址科学合理。1 400年来，两边桥基下沉水平只差5cm。赵州桥桥基，建筑在清水河河床的白粗沙层上，既没有打桩，也没有其他石料。桥台仅用5层石料砌成，桥基很牢，结构简单。
赵州桥的拱用于跨度比较小的桥梁比较合适，一是因为大跨度的桥梁选用半圆形拱，会使拱顶很高，造成桥高坡陡，使车马行人过桥非常不便；二是施工不利，半圆形拱石砌石用的脚手架变得很高，增加施工的危险性。为此，李春和工匠们一起创造性地采用了圆弧拱形式，使石拱高度大大降低。赵州桥的主孔净跨度为37.02m，而拱高只有7.23m，拱高和跨度之比为1∶5左右，这样就实现了低桥面和大跨度的双重目的，桥面过渡平稳，车辆行人过往非常方便，而且还具有用料省、施工方便等优点。当然圆弧形拱对两端桥基的推力相应增大，需要对桥基的施工提出更高的要求。
赵州桥的敞肩拱是李春对拱肩进行的重大改进，把以往桥梁建筑中采用的实肩拱改为敞肩拱，即在大拱两端各设两个小拱，靠近大拱脚的小拱净跨为3.8m，另一拱的净跨为2.8m。这种大拱加小拱的敞肩拱具有优异的技术性能。
第一，可以增加泄洪能力，减轻拱在洪水季节由于水量增加而产生洪水对桥的冲击力。古代佼河每逢汛期，水势较大，对桥的泄洪能力是个考验，而4个小拱就可以分担部分洪流。据计算4个小拱增加过水面积16%左右，大大降低了洪水对该桥的影响，提高了赵州桥的安全性。
第二，敞肩拱比实肩拱可节省大量土石材料，减轻桥身的自重。据计算，4个小拱可以节省石料26m3，减轻自身重量700t，从而减少桥身对桥台和桥基的垂直压力和水平推力，增加了桥梁的稳固性。
第三，增加了造型的优美。4个小拱均衡对称，大拱与小拱构成一幅完整的图画，显得更加轻巧秀丽，体现出建筑和艺术的完整统一。
第四，符合结构力学理论。敞肩拱式结构在承载时使桥梁处于有利的状况，可减少主拱圈的变形，提高桥梁的承载力和稳定性。
就中国古代的传统建筑方法而言，一般较长的桥梁往往采用多孔形式，这样每孔的跨度小、坡度平缓，便于修建。但是多孔桥也有缺点，如桥墩多，既不利于舟船航行，也妨碍洪水宣泄；桥墩长期受水流冲击、侵蚀，天长日久容易塌毁。因此，李春在设计该桥的时候，采取了单孔长跨的形式，河心不立桥墩，使石拱跨径长达37m之多。这是中国桥梁史上的空前创举。
2.卢沟桥
卢沟桥在北京市西南约15km处丰台区永定河上，因横跨卢沟河（即永定河）而得名，是北京市现存最古老的石造联拱桥，修建于公元1189至公元1192年间。卢沟桥全长266.5m，宽7.5m，最宽处可达9.3m。有桥墩10座，共11个桥孔，整个桥身都是石体结构，关键部位均有银锭铁榫连接，为华北最长的古代石桥（图版Ⅱ－6）。每两个石拱之间有石砌桥墩，把11个石拱连成一个整体。由于各拱相连，所以这种桥叫作联拱石桥。桥面用石板铺砌，两旁有石栏石柱。每个柱头上都雕刻着不同姿态的狮子。这些石刻狮子，有的母子相抱，有的交头接耳，有的像在倾听水声，千态万状，惟妙惟肖。意大利人马可·波罗来过中国，说卢沟桥“是世界上独一无二的”，并且特别欣赏桥栏柱上刻的狮子，说它们“共同构成美丽的奇观”。
3.朝天门长江大桥
朝天门长江大桥位于重庆市主城区内，朝天门下游约1.71km处，横跨长江，于2009年4月29日正式通车。主桥上部结构设计为190m＋552m＋190m的三跨连续中承式钢桁系杆拱桥，双层桥面；上层布置双向6车道和两侧人行道，桥面总宽36m，下层中间布置双线城市轨道交通，两侧各预留1个7m宽的汽车车行道，可保证今后大桥车流量增大时的需求。大桥西接江北区五里店立交，东接南岸区渝黔高速公路黄桷湾立交，采用BT模式兴建，是连接重庆市南岸和江北中央商务区的重要过江通道。大桥全长1 741m，主跨达552m，成为“世界第一拱桥”。北引桥长314m，南引桥长495m，均为预应力混凝土连续箱梁桥。大桥主桥布置如图3－5所示。
图3－5 朝天门长江大桥主桥布置
主桥为三跨连续钢桁系杆拱桥（图版Ⅲ－1），采用2片主桁，桁宽29m。两侧边跨为变高度桁梁，中跨为钢桁系杆拱，拱顶至中间支点高度为142m。拱肋下弦线形采用二次抛物线，矢高为128m，拱肋上弦线型也采用二次抛物线，并与边跨上弦之间采用R＝700m的圆曲线进行过渡。主桁为变高度的“N”形桁式，拱肋桁架跨中桁高为14m，中间支点处桁高为73.13m，边支点处桁高为11.83m。为适应不同部位的桁高差异，使构造更为合理，主桁采用变节间布置，共有12m、14m和16m三种节间长度。中跨布置有上、下两层系杆，其中心间距为11.83m，上层系杆与拱肋下弦相连接，下层系杆与加劲腿处中弦及边跨下弦贯通。两层系杆间采用竖杆悬吊连接，使主桥结构呈现“刚性拱、柔性梁”的特点，结构受力更为明确，系杆内力较为均匀，桥面竖向变形更为协调。
主桥采用的连续钢桁系杆拱桥为结构自平衡体系，拱肋产生的推力由两层系杆平衡，无结构外部推力。因此主梁采用类似连续梁的结构支承体系，具有上、下部结构受力明确的特点。采用球形支座，其中中间支点支座最大承载力为145 000kN。主桥江北侧中支点设置固定铰支座，其余各墩均设置活动铰支座。为保证主体结构在体系温度作用下两侧主桁横向位移均匀，在边支点下横梁中心设置两个横向限位支座，以避免钢轨产生横向旁弯影响轻轨的行车。
国内钢桁架桥杆件多采用单一材质及相同的杆件宽度。而该桥主桁各杆件在施工过程和建成后的运营使用状态中，受力的大小相差悬殊，最大受力杆件的内力为89 520kN，最小受力杆件的内力仅为2 290kN。若仍沿用传统的杆件，将导致大量杆件出现构造控制设计，影响结构的合理性和经济性。因此，主桁杆件采用了Q345qD、Q370qD和Q420qD三种材质，最大板厚50mm，同时根据各杆件受力的大小，不仅在杆件截面高度上进行变化，而且杆件采用了1 200mm和1 600mm两种截面宽度。节点拼接处弦杆轮廓尺寸相同，不同宽（高）度杆件通过相邻节间的杆件在宽（高）度上进行喇叭形过渡衔接。为便于控制杆件制造精度、降低制造难度，杆件的宽度和高度不同时变化。主桁弦杆采用箱形截面，腹杆采用箱形、“H”形或“王”字形截面。
整体节点具有工厂化程度高、整体性好、现场拼装工作量小的特点。但考虑该桥钢桁拱桥的结构特点，主桁大部分节点均具有自身构造的特殊性，不利于标准化制造，增加了制造的工装设备、工艺措施和精度控制的难度。鉴于该桥特殊的建设模式，设计从加工难度和制造成本的经济性上考虑，除中间支承节点外，其余的全部采用拼装式节点构造。中间支承节点由于受力非常集中，相邻杆件尺寸和板厚均较大，且需设置主梁起顶构造，采用整体节点可以大大减小节点板尺寸。主桁节点板最大厚度达80mm，为中间支承节点。
主桥上、下层公路桥面均采用正交异性钢桥面板（桥面板厚16mm），并采用厚8mm的“U”形闭口纵肋，沿顺桥向设置横隔板，其间距不大于3m，上层桥面沿横桥向设置6道纵梁，下层桥面每侧设置2道纵梁，纵梁支承于横梁，在主桁节点处设置1道横梁，横梁与主桁节点相连。桥面系设计的特点在于为适应下层桥面公路和轻轨的不同使用功能要求，采用了组合式桥面结构，两侧为正交异性钢桥面板，中间城市轻轨采用纵、横梁体系，其横梁与两侧钢桥面板的横梁共为一体。上层桥面在主桁节点外侧设置人行道托架，上置“F”形正交异性钢人行道板。
4.上海卢浦大桥
建于2003年的上海卢浦大桥（图版Ⅲ－2）北起浦西鲁班路，穿越黄浦江，南至浦东济阳路，全长8.7km，是当时世界上第一座钢结构拱桥，也是当时世界上跨度最大的拱形桥。大桥主桥为全钢结构，全长3 900m，其中主桥长750m，宽28.75m，采用一跨过江，由于主跨直径达550m，当时居世界同类桥梁之首，被誉为“世界第一钢拱桥”，入选中国世界纪录协会世界最大跨度钢拱桥，创造了新的世界纪录。主桥按6车道设计，引桥按6车道、4车道设计，设计航道净空为46m，通航净宽为340m。主拱截面高9m，宽5m，桥下可通过7万t级的轮船。它也是世界上首座完全采用焊接工艺连接的大型拱桥。工程总投资20多亿元人民币，2003年6月28日建成通车。2007年5月1日卢浦大桥上首次亮灯。
卢浦大桥在设计上融入了斜拉桥、拱桥和悬索桥3种不同类型的桥梁设计工艺，是当时世界上单座桥梁建造中施工工艺最复杂、用钢量最多的大桥。
卢浦大桥像澳大利亚悉尼的海湾大桥一样具有旅游观光的功能（图版Ⅳ－1）。与南浦大桥、杨浦大桥不同，卢浦大桥将观光平台安在巨弓般的拱肋顶端，不但使观光高度更高，而且需要游客沿拱肋的“斜卢浦大桥坡”走300多级台阶步行观光，增加了观光性、趣味性和运动性。游客乘坐高速观光电梯可直达50m高的卢浦大桥桥面，沿大桥拱肋人行道拾级而上，在“巨弓”背上大约攀登280m，即可登上100m高的拱肋顶端，站在篮球场大小的观光平台中眺望，浦江美景尽收眼底。
卢浦大桥，是黄浦江上第一座全钢结构拱桥，也是当今世界上跨度最大的钢拱桥。其科技含量高，精度要求严，施工难度大。它标志着我国桥梁技术取得了重大突破，造桥水平跃上了一个新台阶。卢浦大桥犹如一道美丽的彩虹跨越浦江两岸，为上海市增添了新景观、新标志。这座大桥还创下了当时10个“世界之最”。
（1）世界上跨径最大的拱形桥，跨度达550m，比当时世界上最大的美国西弗吉尼亚大桥长32m。
（2）世界上首座采用箱型拱结构的特大型拱桥，主截面高9m，宽5m，为当时世界最大。
（3）当时世界上首座除合龙接口一端采用栓接外，完全采用焊接工艺连接的大型拱桥，现场焊接焊缝总长度达4万多米，接近上海市内环高架路的总长度。
（4）在拱桥建造过程中，单件构件吊装重量世界最大，达到860t，河中跨拱肋吊装最大总量为480t，当时居世界首位。
（5）主桥建筑中融合了斜拉桥、拱桥、悬索桥3种不同类型的桥梁施工工艺于一身，是当时世界上在单座桥梁建造中采用的施工工艺最多、也最复杂的一座桥。
（6）整座主桥结构用钢量达3.5万多吨，相当于建造3艘7.4万t级轮船的用钢量，是当时世界上用钢量最大的单座拱桥。
（7）整座主桥在建造中的施工措施用钢达1.1万多吨，是当时世界上单座拱桥建造中措施用钢量最大的一座。
（8）大桥建设中所使用的16根水平系杆索，是当时世界上拱桥中长度最长（760m）、直径最大（18cm）、单根重量最重（110t）以及单根张拉吨位最大（1 700多吨）的水平索。
（9）现场钢板焊接厚度达100mm，是当时世界钢结构桥梁建造中现场钢板焊接厚度最大的一座天桥。
（10）在建桥过程中使用了众多大型机械设备和大型临时施工设施，是当时世界上在单座桥梁重建中使用大型机械设备和设施最多的一座。
在大桥的建设过程中为了减小大风通过桥拱后产生的涡激共振，建设者为大桥“涂”上了一层“润滑油”——导风器，通过在大桥拱顶设置多个建筑膜结构以“导通大风”。有关试验结果表明，狂风经过这些“润滑油”就像汽车行驶于冰面，会加速离开拱肋。由于国外多座大型拱桥都是“空腹式”，不存在涡激共振的问题，因此这一方法可能也是世界首创。目前卢浦大桥能抵抗12级强风的正面袭击。
5.万县长江大桥
万县长江大桥是我国主干线上海至成都公路在万县跨越长江的一座特大公路桥梁。大桥主跨420m，全长856m，桥宽24m，桥高147m，是当时世界上跨径和规模最大的混凝土拱桥（图版Ⅳ－2）。
420m主拱为单箱三室截面，矢跨比1/5，箱高7m，为桥跨的1/60，箱宽16m，为桥跨1/26.25。拱上及引桥孔跨布置一致，共27孔30.668m预应力简T梁，桥面连续。
采用桥型和控跨方案，经8种大跨桥型，18个布孔方案的综合比选，最终选择净跨420m混凝土拱桥，一孔跨江方案。该方案具有经济节约、抗环境腐蚀、与桥位地形地质匹配、景观协调的优势。
主拱圈采用C60级高强混凝土加钢管混凝土劲性骨架的复合结构。其中钢管混凝土劲性骨架先期只是施工构架，承担第一环拱圈混凝土的重量，并形成组合的施工结构，共同承担拱圈第二环混凝土的重量。施工结构如此循环变化，直至拱圈最终形成。最后，劲性骨架成为拱圈内的劲性钢筋。
钢筋混凝土劲性骨架由5片钢管桁组成空间桁架，弦杆采用φ402mm×16mm的钢管，腹杆和连接系为4肢75mm×75mm×12mm角钢组合杆，空钢管骨架整体分36节段在工厂制造，段间采用法兰盘螺栓接头，工地缆索吊机起吊运输，两岸斜拉扣挂悬拼，合龙成拱，再压注高强混凝土，形成钢管混凝土劲性骨架。钢管混凝土具有刚度大、承载力高、用钢省、安装重量轻、施工方便等优点，是目前理想的骨架材料。
六、斜拉桥
斜拉桥是一种用斜拉索悬吊桥面的桥梁。最早的这种桥梁，其承重索是用藤罗或竹材编制而成。它们可以说是现代斜拉桥的雏形。斜拉桥的发展，有着一段十分曲折而漫长的历程。18世纪下半叶，在西方的法国、德国、英国等国家都曾修建过一些用铁链或钢拉杆建成的斜拉桥。可是由于当时对桥梁结构的力学理论缺乏认识，拉索材料的强度不足，致使塌桥事故时有发生。如德国萨尔河桥（1824年）在建成第二年，就在一次有246人举行的火炬游行人群聚集桥上时突然坍塌而酿成了50人丧生的惨剧。因此在相当长的一段时间里，斜拉桥这一桥型就销声匿迹了。
直至第二次世界大战后，在重建欧洲的年月中，为了寻求既经济又建造便捷的桥型，使几乎被遗忘的斜拉桥重新被重视起来。世界上第一座现代公路斜拉桥是1955年在瑞典建成的，主跨为182.6m的斯特罗姆海峡钢斜拉桥。近年来斜拉桥在国内外得到了迅速发展，目前已建成跨度最大的斜拉桥是2012年俄罗斯新建成的跨海大桥——俄罗斯岛大桥（图版Ⅳ－3），中央跨度达1 104m，总长度为3.1km，是世界上最长的斜拉桥。世界前10名大跨度斜拉桥如表3－2所示。
表3－2 世界斜拉桥排名
（一）斜拉桥整体结构特点
斜拉桥主要由索塔、主梁和斜拉索组成。主梁一般采用混凝土结构、钢－混凝土组合结构或钢结构，索塔大都采用混凝土结构，而斜拉索则采用高强材料（高强钢丝或钢绞线）制成。斜拉桥中荷载传递路径是:斜拉索的两端分别锚固在主梁和索塔上，将主梁的恒载和车辆荷载传递至索塔，再通过索塔传递至地基。因而主梁在斜拉索的各点支承作用下，像多跨弹性支承的连续梁一样，使弯矩值得以大大降低。这不但可以使主梁尺寸大大减小（梁高一般为跨度的1/50～1/200，甚至更小），而且由于结构自重显著减轻，既节省了结构材料，又能大幅度地增大桥梁的跨越能力。需要指出的是:斜拉索对主梁的多点弹性支承作用，只有在拉索始终处于拉紧状态时才能得到充分发挥。因此，在主梁承受荷载之前对斜拉索要进行预张拉。预张拉力的结果可以给主梁一个初始支承力，以调整主梁初始内力，使主梁受力状况更趋均匀合理，并提高斜拉索的刚度。此外，斜拉索轴力产生的水平分力对主梁施加了预压力，主梁截面的基本受力特征是偏心受压构件，从而可以增强主梁的抗裂性能，节约主梁中预应力钢材的用量。
斜拉桥属高次超静定结构，主梁所受弯矩大小与斜拉索的初张力密切相关，存在着一定的最优索力分布，使主梁在各种状态下的弯矩（或应力）最小。与其他体系桥梁相比，包含着更多的设计变量。全桥总的技术经济合理性不易简单地用结构体积小、质量轻或者满应力等概念准确地表示出来，这就给选定桥型方案和寻求合理设计带来一定困难。
此外，由于索塔、拉索和主梁构成稳定的三角形，斜拉桥的结构刚度较大，斜拉桥的抗风能力较悬索桥要好得多。但是，当跨度较大时，悬臂施工的斜拉桥因主梁悬臂长度过长，承受压力过大，而导致风险较大。此外，塔高过高、外索过长，索垂度的影响使索的刚度大幅下降，这些问题都需要加以认真地研究和解决。
（二）斜拉桥的布置
1.斜拉桥整体布置
常见的布置形式有双塔三跨式、独塔双跨式和多塔多跨式。
（1）双塔三跨式。图3－6所示双塔三跨式斜拉桥是一种最常见的孔跨布置方式。由于它的主跨跨径较大，适用于跨越海峡和宽度较大的河流、峡谷等。
图3－6 双塔三跨式斜拉桥
在这类桥式中，边跨与主跨的比例非常重要，为了在视觉上清楚地表现主跨，边主跨之比应小于0.5。从受力上看，边主跨之比与斜拉桥的整体刚度、端锚索的应力变幅有着很大的关系。当主跨有活载时边跨梁端点的端锚索产生正轴力（拉力），而当边跨有活载时端锚索又产生负轴力（拉力松减），由此引起较大应力幅而产生疲劳问题。边跨较小时，边跨主梁的刚度较大，边跨拉索较短，刚度也就相对较大，因而此时边跨对索塔的锚固作用就大，主跨的刚度也就相应增大。对于活载比重较小的公路和城市桥梁，合理的边主跨之比为0.40～0.45，而对于活载比重大的铁路桥梁，边主跨之比宜为0.20～0.25。同样道理，钢斜拉桥的边跨比相同跨径混凝土斜拉桥的跨径小。
（2）独塔双跨式。图3－7所示独塔斜拉桥也是一种常见的孔跨布置方式，它的主孔跨径一般比双塔三跨式的主孔跨径小，因而适用于跨越中小河流和城市通道。
图3－7 独塔斜拉桥
独塔双跨式斜拉桥的主跨跨径L1与边跨跨径L2之间的比例关系一般为L2＝（0.5～0.8）L1，但多数接近于L2＝0.66L1。两跨相等时，由于失去了边跨及辅助墩对主跨变形的有效约束作用，因而这种形式较少采用。
（3）三塔四跨式和多塔多跨式。斜拉桥与悬索桥一样，很少采用三塔四跨式或多塔多跨式。一个极简单的原因是，多塔多跨式斜拉桥中的中间塔塔顶没有端锚索来有效地限制它的变形（图3－8）。因此，已经是柔性结构的斜拉桥或悬索桥采用多塔多跨式将使结构柔性进一步增大，随之而来的是变形过大。
图3－8 三塔四跨式斜拉桥
增加主梁的刚度可以在一定程度上提高多塔斜拉桥的整体刚度，但这样做必然会增加桥梁的自重，如必须采用多塔多跨式斜拉桥时，则可将中间塔做成刚性索塔，但此时索塔和基础的工程量将会增加很多，或用长拉索将中间塔顶分别锚固在两个边塔的塔顶或塔底加劲。这种方式的缺点是长索下垂量很大，索的刚度较小，大风有可能将其破坏。还有一种方法是加粗尾索并在锚固尾索的梁段上压重，以增加索的刚度。
（4）辅助墩和边引跨。活载往往在边跨梁端附近区域产生很大的正弯矩，并导致梁体转动，伸缩缝易受损，在此情况下，可以通过加长边梁以形成引跨或设置辅助墩的方法予以解决，如图3－9所示。同时，设辅助墩既可以减小拉索应力变幅，提高主跨刚度，又能缓和端支点负反力，是大跨度斜拉桥中常用的方法。
图3－9 斜拉桥辅助墩设置
2.索塔
索塔是表达斜拉桥个性和视觉效果的主要结构物，因而对于索塔的美学设计应予以足够的重视。索塔设计必须适合于拉索的布置，传力应简单明确，在恒载作用下，索塔应尽可能处于轴心受压状态。
索塔沿桥纵向的布置有独柱式、“A”形、倒“Y”形等几种。单柱式主塔构造简单，“A”形和倒“Y”形在顺桥向刚度大，有利于承受索塔两侧斜拉索的不平衡拉力。“A”形还可以减小搁置在塔上主梁的负弯矩。
索塔横桥方向的布置方式可分为独柱形、双柱形、门形或“H”形、“A”形、宝石形或倒“Y”形等。
3.斜拉索
斜拉索常见的布置形式有单索面、竖向双索面和斜向双索面（图3－10）。单索面应用较少，因为从力学角度来看，采用单索面时拉索对结构抗扭不起作用，主梁需要采用抗扭刚度大的截面。单索面的优点是桥面上视野开阔。采用双索面时，作用于桥梁上的扭矩可由拉索的轴力来抵抗，所以主梁可以采用抗扭刚度较小的截面，而且双索面对桥体抵抗风力扭振非常有利，因此双索面在大跨度斜拉桥中已经成为主要的形式。至于斜向双索面，它对桥面梁体抵抗风力扭振特别有利（斜向双索面限制了主梁的横向振动）。倾斜的双索面应采取倒“Y”形、“A”形或双子形索塔。
索面形状主要有如图3－11所示的3种基本类型，即辐射形、扇形和竖琴形。它们各自的特点如下。
（1）辐射形布置的斜拉索沿主梁为均匀分布，而沿索塔上则集中于塔顶一点。由于其斜拉索与水平面的平均交角较大，故斜拉索的垂直分力对主梁的支承效果也大，与竖琴形布置相比，可节省钢材15%～20%，但塔顶上的锚固点构造过于复杂。
图3－10 索面布置
图3－11 斜拉索立面布置方式
（2）扇形布置的斜拉索是不相互平行的，它兼有上面两种布置方式的优点。扇形布置的拉索在索塔锚固分散到一定的高度范围，其分布范围由锚固构造要求确定，一般两个锚固点的间距为3～4m。这种布置方式的索力传递接近于最合理，构造也能满足施工要求，是斜拉桥普遍采用的一种结构形式。
（3）竖琴形布置中的斜拉索呈平行排列，在索数少时显得比较简洁，并可简化斜拉索与索塔的链接构造，塔上锚固点分散，对索塔的受力有利。缺点是斜拉索的倾角较小，索的总拉力大，故钢索用量较多。
4.主梁
主梁常见的截面形式有板式截面和箱形截面。主梁截面选取主要由斜拉索的布置形式和抗风稳定性情况所决定。板式截面的主梁构造简单，施工方便，一般适用于双索面斜拉桥。箱形截面梁有抗弯、抗扭刚度大、收缩变形较小等特点，能适应许多不同形式的拉索布置，对悬臂施工非常有利，而且可以部分预制、部分现场浇筑，为施工方案提供了多种选择，因此箱形截面主梁逐渐成为现代斜拉桥中经常采用的形式。
另外，主梁按材料可以分为预应力混凝土梁、钢－混凝土组合梁、钢主梁和混合式梁。
5.主要结构体系
斜拉桥的结构体系可以有以下几种不同的划分方式:
·按照塔、梁、墩相互结合方式，可划分为漂浮体系、半漂浮体系、塔梁固结体系和钢构体系；
·按照主梁的连续方式，有连续体系和T构体系等；
·按照斜拉索的锚固方式，有自锚体系、部分地锚体系和地锚体系；
·按照塔的高度不同，有常规斜拉桥和矮塔部分斜拉桥体系。
现将几种主要的斜拉桥体系分别介绍如下。
（1）漂浮体系。漂浮体系的特点是塔墩固结、塔梁分离。主梁除两端有支承外，其余全部用拉索悬吊，属于一种在纵向可稍作浮动的多跨弹性支承连续梁。空间动力分析表明，斜拉索是不能对梁提供有效的横向支承的，为了抵抗由于风力等引起主梁的横向水平位移，一般应在塔柱和主梁之间设置一种用来限制侧向变位的板式或聚四氟乙烯盆式橡胶支座，简称侧向限位支座。
该体系的主要优点是:当主跨满载时，塔柱处的主梁截面无负弯矩峰值；由于主梁可以随塔柱的缩短而下降，所以温度、收缩和徐变次内力均较小；密索体系中主梁各截面的变形和内力的变化较平缓，受力较均匀；地震时允许全梁纵向摆荡，作长周期运动，从而吸震消能。目前，大跨斜拉桥（主跨400m以上）多采用此种体系。
漂浮体系的缺点是:当采用悬臂施工时，塔柱处主梁需临时固结，以抵抗施工过程中的不平衡弯矩和纵向剪力，由于施工不可能做到完全对称，成桥后解除临时固结时，主梁会发生纵向摆动，应予以注意。
为了防止纵向飓风和地震荷载使漂浮体系斜拉桥产生过大的摆动，影响安全，十分有必要在斜拉桥塔上的梁底部位设置高阻尼的主梁水平弹性限位装置。
（2）半漂浮体系。半漂浮体系的特点是塔墩固结，主梁在塔墩上设置竖向支承，成为具有多点弹性支承的三跨连续梁。可以是1个固定支座和3个活动支座，也可以是4个活动支座，但一般均设活动支座，以避免由于不对称约束而导致不均衡温度变位，水平位移将由斜拉索制约。
半漂浮体系若采用一般支座来处理则无明显优点，因为当两跨满载时，塔柱处主梁有负弯矩尖峰，温度、收缩、徐变次内力仍较大。若在墩顶设置一种可以用来调节高度的支座或弹簧支承来代替从塔柱中心悬吊下来的拉索（一般称“零号索”），并在成桥时调整支座反力，以消除大部分收缩、徐变等的不利影响，这样就可以与漂浮体系相媲美，并且将对经济和减小纵向漂移方面有一定的好处。
（3）塔梁固结体系。塔梁固结体系的特点是将塔、梁固结并支承在墩上。主梁的内力与挠度直接同主梁与索塔的弯曲刚度比值有关。这种体系的主梁一般只在一个塔柱处设置固定支座，而其余均为纵向可以活动的支座。
这种体系的优点是显著地减小主梁中央段承受的轴向拉力，并且索塔和主梁中的温度内力极小。缺点是中孔满载时，主梁在墩顶处转角位移导致塔柱倾斜，使塔顶产生较大的水平位移，从而显著地增大主梁跨中挠度和边跨负弯矩；另外上部结构重量和活载反力都需有支座传给桥墩，这就需要设置很大吨位的支座。在大跨径斜拉桥中，这种支座甚至达到上万吨级，这样给支座的设计制造及日后养护、更换均带来较大的困难。
（4）钢构体系。钢构体系的特点是塔、梁、墩相互固结，形成跨度内具有多点弹性支承的钢构。
这种体系的优点是既免除了大型支座又能满足悬臂施工的稳定要求；结构的整体刚度比较好，主梁挠度又小。缺点是主梁固结处负弯矩大，使固结处附近截面需要加大；再者，为消除温度应力，应用于双塔斜拉桥中时要求墩身具有一定的柔性，常用于墩高的场合，以避免出现过大的附加内力。这种体系比较适合于独塔斜拉桥。
（三）斜拉桥中的问题及常用措施
（1）主梁中的轴力过大问题。斜拉索的水平分力会使主梁内产生较大轴力，一方面提高了梁的抗裂性能，但另一方面施工时主梁根部轴力过大时，主梁会有纵向、横向的压屈和失稳危险，因此当跨度很大时必须设临时墩以减少伸臂长度。
（2）斜拉索的应力大小的控制。通过调节斜拉索的预应力大小可以控制主梁内的应力分布，但斜拉索的应力大小的控制是个难点，需要进行结构分析和内力计算以确定斜拉索的内力大小，特别是当拉索过长时，由于斜拉索的非线性影响，将大大增加梁、塔的弯矩，因此需要对斜拉索的非线性动力性能按空间体系进行分析研究。
（3）斜拉桥为多次超静定结构，设计计算和施工控制复杂。结构计算需要采用有限元并且要用计算机来进行计算。桥梁及软件专家已经研究出了斜拉桥静力分析、非线性静力分析以及自动调索施工控制等专用程序。
（4）超大跨斜拉桥的抗震、抗风性能。当跨度很大时，斜拉桥受活载、地震、风等作用的影响非常大，此时需采用许多必要措施，如斜拉桥结构宜采用全漂浮体系，塔、梁采用对称的弹性约束体系，拉索安装阻尼装置等。
（四）斜拉桥实例
1.俄罗斯岛大桥
俄罗斯岛大桥是2012年俄罗斯新建成的跨海大桥，中央跨度达1 104m，总长度为3.1km，是世界上最长的斜拉桥。俄罗斯岛大桥工程始于2008年9月，建造期间创下了数项世界纪录:主桥墩高324m，最长钢缆牵索达580m。俄罗斯岛大桥于2012年7月2日在海参崴通车投入使用，成为全世界第三座跨度超过千米的斜拉桥，也超越我国主跨1 088m的苏通大桥和香港主跨1 018m的昂船洲大桥成为全球主跨最长的斜拉桥，如图版Ⅳ－3所示。
引桥是总长度900多米的高架桥。高架桥桥墩为支柱式，高度从9m至30m。跨构为钢筋混凝土，由金属箱构成，金属箱是斜壁和整铸的钢筋混凝土板。车行道宽度为24m。上面可容纳4条车道（每一侧2条）。
在每个桥墩地基中是直径为2m的120孔桩，桩子带有取不下来的金属外壳。每个桥墩的承台工事需要大约20 000m3水泥和大约30 000t金属结构。承台台身安装了应力计，用于监控该底座的状态。钢梁由长度为12m、宽度为26m的103块预制板组成，预制板总重量为23 000t。
2.苏通大桥
苏通大桥全称苏通长江公路大桥，位于江苏省东部的南通市和苏州（常熟）市之间，西距江阴大桥82km，东距长江入海口108km，是交通部规划的国家高速公路沈阳至海口通道和江苏省公路主骨架的重要组成部分。路线全长32.4km，主要由跨江大桥和南、北岸接线3部分组成。其中跨江大桥长8 146m，北接线长约15.1km，南接线长约9.2km。跨江大桥由主跨1 088m双塔斜拉桥及辅桥和引桥组成。主桥主孔通航净空高62m，宽891m，满足5万t级集装箱货轮和4.8万t级船队通航需要。工程于2003年6月27日开工，于2008年6月30日建成通车。
苏通大桥工程规模浩大:其主跨跨径达到1 088m，是世界位居第二大跨径的斜拉桥；其主塔高度达到300.4m，为世界第二高的桥塔；主桥两个主墩基础分别采用131根直径2.5m至2.85m、长约120m的灌注桩，是世界最大规模的群桩基础；主桥最长的斜拉索长达577m，也是世界最长的斜拉索。主要工程量有桥涵混凝土149.3万m3，钢箱梁4.9万t，钢材23万t，斜拉索6 278t，填挖方317.6万m3，征用土地733.33hm2（1hm2＝104 m2），如图版Ⅳ－4所示。
3.多多罗大桥
多多罗大桥是位于日本濑户内海的斜拉桥，连接广岛县的生口岛及爱媛县的大三岛（图版Ⅳ－5）。大桥于1999年竣工，同年5月1日启用，最高桥塔224m钢塔，主跨长890m，是当时世界上最长的斜拉桥，连引道全长为1 480m，4线行车，并设行人及自行车专用通道，属于日本国道317号的一部分。
多多罗大桥的形式是一座三跨连续复合箱梁斜拉桥，跨径布置为270m＋890m＋320m，两边跨布置因地形和施工条件的原因是不对称的，其边、主跨径之比分别为0.3和0.34，比一般斜拉桥的边、主跨径比（0.4）要小。因此，在恒载作用下，边、主跨是不平衡的，边跨必然要产生上拔力，所以在两边跨的端部各布置了一段预应力混凝土加劲梁（简称PC梁），在靠近生口岛侧PC梁长105.5m；靠近大三岛侧PC梁长62.5m，同时两边跨还分别布置了三排和两排锚碇墩柱。桥梁的其余部分都是钢箱梁。
4.武汉白沙洲长江大桥
武汉白沙洲长江大桥是长江武汉段的第三座长江公路大桥，也被称为武汉长江三桥，位于武汉长江大桥上游8.6km处。1997年3月28日正式开工建设，2000年9月8日正式通车。
大桥全长3 586.38m，主桥为双塔双索面栓焊结构钢箱梁与预应力混凝土箱梁组合的斜拉桥（图版Ⅳ－6），跨径为50m＋180m＋618m＋180m＋50m，全宽30.2m，桥面净宽26.5m，桥面设6条机动车道，车行道宽22m，中央分隔带宽1.5m，路缘带宽度共1m，两侧各设宽0.75m检修道，检修道与机动车道间设置0.25m的防护栏。“A”形主塔高175m，高强平行钢丝斜拉索。设计时速为80km/h，日通车能力为5万辆，分流过江车辆29%，主要分流外地过汉车辆。
武汉白沙洲长江大桥是武汉88km中环线上的重要跨江工程。南岸在洪山区青菱乡长江村与107国道正交，北岸在汉阳江堤乡老关村与318国道连通。白沙洲大桥的建成，使107、316、318等国道由“瓶颈”变通途，是打通武汉中环的两座桥梁之一。
大桥施工关键是斜拉索的挂设与张拉，施工中直接利用单点起吊与塔内卷扬机牵引，即先塔上挂索而后梁端软牵引。这种工艺不仅提高了斜拉索的牵引效率，还变高空作业为桥面上的平面作业，大大增强了操作的安全性。该工艺成功地对国内最长的斜拉索进行挂设、张拉，使主桥工期大为缩短，为大跨斜拉桥积累了施工经验。
白沙洲大桥为钢桥面，自2000年9月建成通车以来，桥面铺装层陆续出现车辙、开裂、推移、拥包等病害，虽经2004年大修和多次小修（几乎每次下雨就需要维修）仍未能解决问题。
七、悬索桥
（一）总体布置
悬索桥（也称吊桥）是以承受拉力的缆索或链索作为主要承重构件的桥梁，通常由桥塔、主缆、锚碇、吊索、加劲梁及鞍座等主要部分组成。悬索桥的构造方式于19世纪初被发明，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，是当今大跨度桥梁的主要形式之一。
在桥面系竖向荷载作用下，通过吊索使主缆承受很大的拉力，主缆锚于悬索桥两端的锚碇结构中，为了承受巨大的主缆拉力，锚碇结构需做得很大（重力式锚碇），或者依靠天然完整的岩体来承受水平拉力（隧道式锚碇）。主缆传至锚碇的拉力可分解为垂直和水平两个分力，因而悬索桥也是具有水平反力（拉力）的结构。现代悬索桥广泛采用高强度的钢丝成股编制形成钢缆，以充分发挥其优良的抗拉性能。悬索桥的承载系统包括主缆、桥塔和锚碇3个部分，因此结构自重较轻，能够跨越任何其他桥型无法达到的特大跨度。悬索桥的另一特点是，受力简单明了，成卷的钢缆易于运输，在将主缆架设完成后，便形成一个强大稳定的结构支承系统，施工过程中的风险相对较小。
如果按照悬索桥中加劲梁的支承构造来划分，则它可划分为单跨两铰加劲梁悬索桥、三跨两铰加劲梁悬索桥和三跨连续加劲梁悬索桥3种常用形式。
单跨与三跨的优缺点如下。
（1）从受力角度考虑，单跨悬索桥由于边跨主缆的垂度较小，主缆的长度相对较短，这对控制中跨的活荷载变形比较有利。
（2）从经济造价比较，则要结合桥位处的地形、地质、水文等条件来权衡。当边跨地形向高处延伸时，桥墩基础的费用可能会少，选择单跨可能比较有利；但当边跨地形平坦、河床较深、桥墩甚高时，则选用三跨可能更合适。
三跨两铰与三跨连续的优缺点如下。
（1）三跨两铰的最大优点是:加劲梁可以不从塔柱间直接通过，它可以支承在塔柱顺桥向两侧的短悬臂牛腿上，这样塔柱可以竖直布置（不倾斜），主缆和吊索的吊点在加劲梁的宽度范围内；其次，就施工而言，在桥塔处，相邻跨度的梁段无需连接，施工简便。
（2）三跨两铰的最大缺点是:相邻两跨梁端的相对转角和伸缩量以及跨中的挠度均较大，特别是当中跨跨径甚大时，在风荷载作用下会使加劲梁产生很大的横向水平变位。在这种情况下，以及对于公铁两用的桥梁，则以选用三跨连续加劲梁方案比较合适，但它又带来了在桥塔处加劲梁的支点负弯矩过大和因两桥塔的不均匀沉降给加劲梁产生附加内力等不利影响。为了克服这个缺点，有的三跨连续悬索桥在桥塔处不设常规的竖向支座，而在桥塔附近设置特别吊索的措施，以降低加劲梁的负弯矩。
悬索桥的总体布置中常用的几个主要技术参数为:①边跨与主跨的跨度比，一般在0.25～0.50之间取值；②主孔中主缆垂度f与跨度L之比，通常f/L在1/9～1/12之间取值；③加劲梁的基本尺寸拟定，通常，钢桁式加劲梁的梁高为2.5～4.5m，加劲梁的宽度则由车道宽度和桥面构造布置等要求来确定。
（二）结构组成
1.桥塔
桥塔塔柱下端一般固支在沉井基础或者群桩基础的承台上，按照桥塔塔身形式，主要有桁架、钢构式和组合式等。它们的共同点是，每侧塔柱都是直立的。为了能使桥面结构，特别是连续加劲梁能从两塔间通过，不少悬索桥的塔柱，从顺桥向看，设计成向桥面中心线倾斜的形式。
按照塔身的建造材料，现代悬索桥多为钢筋混凝土桥塔和钢桥塔两类，而我国多采用前者。
1）钢筋混凝土桥塔
（1）塔柱截面。钢筋混凝土桥塔多采用钢构式，其塔柱截面一般以选用箱形截面较合理，截面形式可以是“D”形或具有切角的矩形。
（2）塔柱设计高程。在确定桥塔塔顶的设计高程时，要设计混凝土收缩和徐变的影响因素，其预留超高值则由计算确定。
（3）横系梁。混凝土桥塔的各层横系梁一般为预应力混凝土空箱结构。根据具体条件，可以采用在支架上现浇施工法或先工厂预制后现场架设等施工方法，但后者较方便，不受温度收缩徐变的影响，只需在塔柱与预制横系梁之间进行湿接缝处理。
（4）塔柱与基顶的连接。先在基础的顶部或在桩基承台内预先埋置锚固钢构架，再在其上浇筑塔柱混凝土，形成固接构造，为此，常将塔柱底段设计成一定高度的实体截面。
（5）塔柱的施工。目前以采用滑模法或爬模法逐节浇筑混凝土的方法较方便。
2）钢桥塔
（1）桥塔形式。桁架、钢构式和组合式3种基本形式在钢桥塔中都有采用。桁架式的抗风性能好，用钢量少，但景观不如钢构式的明快简洁，而混合式则综合了二者的优点。设计时则根据具体要求而定。
（2）塔柱截面。早期主塔采用由钢板与角钢连接而成的多格室铆接结构。由于格室内净空较小，致使施工时十分不便，甚至还会因室内油漆释放的气体而引起铅中毒。自栓接和焊接技术发展以后，钢桥塔均改用了周边带有加劲肋的大格室截面。
（3）塔柱节段之间的水平接缝。日本的做法是:先将由工厂焊接制造的塔柱大节段运到桥塔现场，再用大型浮吊架架设就位，然后用高强螺栓进行大节段之间的拼装。土耳其的博斯普鲁斯二桥采用了新颖的接缝方法:要求外板和竖直肋的端部接触面刨平到100%平整度，以利于直接传递垂直轴压力；用Φ60mm的高强螺杆作为拉杆来抵抗挠曲拉应力；用M24mm高强螺栓来抵抗剪切。
（4）塔柱底节与塔墩之间的连接。常用的方法是将钢塔柱的底部埋置于桥墩顶部的混凝土中。埋入段的外板上焊有剪切板，外板的剪切板上均焊有带头锚杆。塔柱的垂直力则由剪切板和带头锚杆等来承受，弯矩和剪力则在锚固螺杆中施加预应力后与混凝土构成的整体来承受。这种方法比以往将塔柱底节与预埋在混凝土墩顶中的锚固构架之间，采用张拉加铆钉连接的方法，虽然多费一些材料，但施工简便且工期较短。
2.主缆
现代大跨度悬索桥的主缆截面一般是由Φ5mm左右的钢丝先组成钢丝束股，再将若干根钢丝束股组成为一根主缆，并用紧缆机将它紧成规则的圆形并用软质钢丝加以缠绕捆扎，最后在其外部涂上防腐油漆。主缆防腐的另一方法是通过向密闭的主缆内输入干空气以达到主缆防腐的目的。
钢丝束股的排列方式主要有平顶式、尖顶式和方阵式3种，它们的优缺点如下。
（1）平顶式。它的优点是在排列的过程中容易保证其精确位置。其缺点是在最后挤压成形时主缆水平向的直径明显大于竖直向的直径；其次，位于下层的束股常常受到过大的挤压力。
（2）尖顶式。它的优点是在相邻两竖向束股之间容易插放临时分隔片，这将有助于束股间的通风，达到温度一致，从而保证束股长度调整的精度；其次是在主缆挤压成形时能达到各个方向的直径一致。它的缺点是当束股刚制成3～4根时，临时用大缆形成器来保持其相对位置就不如平顶式。
（3）方阵式。它的优点是在竖向和水平向都较容易插放临时分隔片，在用紧缆机操作时也很容易使主缆形成圆形截面。
3.加劲梁
1）钢桁加劲梁
（1）钢桁梁的横截面形式。国内外已建桥梁中的钢桁梁截面形式，按照车道位置的布置主要有以下3种。
a.具有双层公路桥面的钢桁梁横截面。由于桥的下层有车辆行驶，不能在其间的任何竖向和斜向设置支撑，因此，保证这类截面在荷载作用下不产生横向畸变变形是设计中一个十分重要的问题。为了这一点，必须将其上、下主横梁设计成具有足够的抗弯刚度，并且使之与两侧主桁架以及上、下水平面内的横向支撑结合成刚性的空间框架。此外，若悬索桥的跨径、车道数及活载均较大时，为了使主缆的直径不超过1m，避免产生二次应力，故应每侧各设计一对主缆，但两侧主缆的中心距与主桁架的中心距是完全吻合的。
b.公铁两用双层桥面的钢桁架梁横截面。由于它承受比双层公路悬索桥更大的荷载，对抗横向畸变的刚度要求更高，故通过加大桁宽和桁高，以便在横断面平面内设置必要的斜撑，其余与主桁架之间的连接构造，均与上述的基本相似。
c.单层桥面的钢桁梁横断面。单层桥面的钢桁梁横断面主要有下翼缘封闭式和开口式两种。就横向抗弯刚度而言，显然开口式的不如闭口式的。通过实践，国外现今已不采用开口式的横断面。闭口式横截面与上述的双层式基本相同，但它可以在下层中设置斜撑或利用部分空间作为非机动车道，其用钢量也相对少一些，这也是目前国外常用的一种形式。
（2）主桁架的形式。
a.上、下弦杆节点均有竖杆的形式。这是最广泛应用的一种形式，它虽然存在用钢量大的缺点，但相应地减小了节间长度，使行车道部分和上弦杆的用钢量可以减小。
b.只在下弦杆的节点处设置竖杆的形式。在简支体系的加劲梁中，正弯矩常常是控制上弦杆的截面设计，而下弦杆一般处于受拉状态。因此，取消其中部分竖杆，不会影响局部稳定。
c.无竖杆的纯三角形形式。这种形式具有令人愉悦和简洁的外形，但它的节间较长，使行车道部分和上弦杆的用钢量增加一些；又因主桁架内无竖杆，致使横联和水平纵联主桁架的连结变得比较复杂，故一般也较少应用。
经过分析，具有竖杆的主桁架梁的合理节间长度s约为主桁架高度A的0.8～1.2倍，且斜杆的倾角宜控制在40°～50°的范围以内。
（3）主桁架间的水平联结系。主桁架之间的纵向水平联结系，一般情况下设置在钢桥加劲梁的上、下平面内。当钢桁架加劲梁的间距不大，且桥道部分的刚度较大时，可以只在加劲梁的下缘设置一道纵向水平联结系。不过为了保证加劲梁具有一定的横向刚度，通常在上、下缘均设置纵向水平联结系。主桁架间的横撑体系在布置中应考虑以下两点。
a.凡在纵向主桁架中有垂直杆的部位，在水平联结系中也应对应地布置水平的垂直支撑。
b.为了使整个立体桁架能有效地承担扭矩的作用，宜将底部水平联结系中的斜杆与主桁架中的斜杆交汇于同一结点上，为此，顶部的水平联结系常与底部的布置错开一个节间。这样，扭矩作用将通过所有斜杆传力，而使主桁架弦杆中轴力减小。
（4）钢桁加劲梁上的桥面板构造。
a.钢桥面板的构造。这是现代悬索桥上用得较多的一种构造，在顺桥向两吊杆处的横向框架上，布置若干钢纵梁，在这些纵梁之间等间距地布置若干道“工”形横梁，通过焊接构成格子体系，然后在其上摊设板厚约14mm的钢板及加劲肋，最后在桥面上铺设桥面铺装。桥面铺装多以沥青混凝土为主，这种构造形式的优点是自重轻，缺点是沥青混凝土铺装层与钢板的结合质量不易保证。
b.钢筋混凝土桥面板构造。早期有的悬索桥是在型钢与钢筋构成的格子体系内灌注混凝土，以此来代替上述中的钢板和加劲肋。它的优缺点与上述的恰相反。也有采用钢－混凝土结合梁的构造，钢筋混凝土板可以在场外预制，再运到现场吊装就位后，与钢纵梁及横向框架进行混合，这样可以大大加快施工进度。
2）钢箱加劲梁
（1）横截面形式。扁平式钢箱加劲梁的主体主要由4部分组成:上翼缘板、下翼缘板、腹板和加劲构件。其中上翼缘板又兼作桥面板之用，为了增强钢箱加劲梁的整体性，往往将上翼缘设计成正交异性钢桥面板。为了满足横截面抗风功能的要求，主要有两种截面形式，即:横截面两侧具有导风尖角的形式；在导风尖角的外侧增设抗风分流板的形式，分流板可兼作人行道或检修道之用，并且可以提高抗风的功能，对于宽高比较小的钢箱加劲梁常采用这种形式。钢箱梁桥面板的板厚通常为10～14mm，腹板和底板的厚度通常为10～12mm。
（2）横隔板。常用的横隔板形式有肋式和实腹式。我国多采用实腹式的横隔板，但应注意在实腹板上设置检修过人孔、通风换气孔和各种过桥管线孔。
横隔板顺桥向的间距是由桥面板的纵肋跨度要求决定的，但在吊索处一定设置横隔板。当桥面板采用开口纵向加劲肋时，其初拟间距取1.2～2.0m；当采用闭口纵向加劲肋时，其初拟间距取2.0～4.5m。最后依据车辆轮载对面板和加劲肋的局部承压稳定性由计算分析确定。
横隔板的板厚除锚箱局部根据受力及构造的需要予以加厚外，通常取值为8～10mm。
（3）纵向加劲肋。纵向加劲肋的基本形式有两种，即开口式和闭口式。闭口加劲肋具有较大的抗扭刚度，屈曲稳定性好，常用在箱梁的顶板和底板上。开口加劲肋中的“L”形和倒“T”形有时也用在箱梁的腹板和底板上。至于箱梁两侧的伸臂上一般采用开口加劲肋。
4.吊索
悬索桥吊索的立面布置有垂直式和斜置式两种形式。迄今国内外绝大部分悬索桥都采用垂直式的吊索。斜吊索存在的主要缺点是:中跨跨中斜吊索易因汽车荷载的变化应力而导致吊索的疲劳破坏，吊索在制作上因难免的误差而易使斜吊索松弛。故目前较少应用。
5.锚碇
1）锚碇的组成
（1）锚体。它包括锚块、锚固系统和主缆支架等几个组成部分。它是直接锚固主缆的结构，并与基础一起共同抵抗由主缆拉力产生的锚碇滑移与倾覆。
（2）盖板。又称遮棚，它的作用是覆盖锚块及主缆等，是建立在锚碇基础上的钢筋混凝土或者钢结构的建筑物。如果高程合适，还可以在它的上面修筑路面或在它的内部兼作配电、排水设备等机房之用。
2）锚体的型式
它主要有重力式和隧道式两种类型。隧道式锚碇一般应用在基岩外露的桥址处，国外已建桥梁中采用这种锚碇型式的也不太多，而大量采用的是重力式锚碇。
6.鞍座与支座
1）塔顶鞍座
塔顶鞍座是用以支承主缆，并将主缆的垂直分力传给桥塔。塔顶鞍座主要由鞍槽、座体和底板三大部分组成。
鞍槽在顺桥向呈圆弧状，半径约为主缆直径的8～12倍，用来支承主缆束股。鞍槽在横桥向呈台阶状，与主缆束股的圆形排列相适应，台阶宽度与束股尺寸接近。座体是鞍座传递竖向压力的主体，上部与鞍槽连为一体，由一道或两道纵主腹板和多道横肋构成，其下部与底座板相连。底板预先埋置于塔的顶面，起着均匀分布鞍座垂直压力的作用。为了满足悬索桥在施工过程中鞍座的预偏或复位滑移的需要，底板与座体之间需设滑动装置，如辊轴、四氟滑板或其他减摩技术措施。成桥以后，塔顶鞍座便与塔顶固接，因此鞍座下辊轴直径的确定没有像确定一般桥梁支座下的辊轴直径那样严格。
2）支座
悬索桥加劲梁的支座应具有正的和负的支座反力的功能。常用的支座形式有以下两种。
（1）摇轴式支座。它分为固定支座和活动支座两种。前者由上摇座、下摇座和销子组成，形成铰结构；后者除了在下摇座的下面增加辊轴外，还要在辊轴的两端设置固定块件，以能承受负支座反力。固定块件与地板焊牢，通过锚固螺栓与墩帽固结。
（2）连杆式支座。连杆式支座是两端具有铰的连杆结构，一端连接加劲梁，另一端连接到塔身或桥台上。它对加劲梁的纵向水平位移和转动都是自由的，但对加劲梁的竖向位移和扭转则具有约束作用。按照连杆的主要受力状态可以分为拉力连杆和压力连杆两种支承方式。
（三）悬索桥实例
目前世界上跨度较大的悬索桥排名情况如表3－3所示。
表3－3 世界悬索桥排名
1.明石海峡大桥
1998年4月5日，目前世界上最长的悬索桥——日本明石海峡大桥正式通车，如图版Ⅳ－7所示。大桥坐落在日本神户市与淡路岛之间，全长3 911m，主桥墩跨度1 991m。两座主桥墩海拔297m，基础直径80m，水中部分高60m。两条主钢缆每条约4 000m，直径1.12m，由290根细钢缆组成，重约5万t。大桥于1988年5月动工，1998年3月竣工。明石海峡大桥首次采用1 800MP级超高强钢丝，使主缆直径缩小并简化了连接构造，首创悬索桥主缆，这也是第一座用顶推法施工的跨谷悬索桥，由著名的法国埃菲尔集团公司承建。
日本明石海峡大桥创造了20世纪世界建桥史的新纪录。大桥按可以承受里氏8.5级强烈地震和抗150年一遇的80m/s的暴风设计。1995年1月17日，日本坂神发生里氏7.2级大地震（震中距桥址才4km），大桥附近的神户市内5 000人丧生，10万幢房屋夷为平地，但该桥经受住了大自然的无情考验，只是南岸的岸墩和锚锭装置发生了轻微位移，使桥的长度增加了0.8m。除地震以外，还必须保证大桥在台风季节能够经受住时速超过200km/h狂风的袭击，为此对桥梁进行了1%模型的风洞试验，在桥塔上安装了20个质量阻尼装置。
2.润扬长江大桥
润扬长江大桥即镇江—扬州长江公路大桥。润扬长江大桥于2000年10月20日开工建设，跨江连岛，北起扬州，南接镇江，全长35.66km，主线采用双向6车道高速公路标准，设计时速100km/h，工程总投资约53亿元人民币，工期5年，2005年10月1日前建成通车。润扬大桥连接京沪、宁沪、宁杭3条高速公路，并使这3条高速公路和312国道同三国道主干线、上海至成都国道主干线互联互通，成为长江三角地区又一重要的路网枢纽。
该项目主要由南汊悬索桥和北汊斜拉桥组成（图版Ⅳ－8）。南汊桥主桥是单孔双铰钢箱梁悬索桥，索塔高209.9m，两根主缆直径为0.868m，跨径布置为470m＋1490m＋470m，为当前中国第二、世界第四，桥下最大通航净宽700m、最大通航净高50m，可通行5万t级巴拿马货轮。北汊桥是主双塔双索面钢箱梁斜拉桥，跨径布置为175.4m＋406m＋175.4m，倒“Y”形索塔高146.9m，钢绞线斜拉索，钢箱梁桥面宽。该桥主跨径1 385m，比江阴长江大桥长105m。
3.武汉阳逻长江大桥
武汉阳逻长江大桥也称为武汉长江五桥，位于湖北省武汉市，在武汉长江二桥下游约27.19km处，大桥北岸为新洲区阳逻镇，南岸为洪山区向家尾村。大桥设计全长10km，由2.7km主桥、7.3km接线及一处互通式立交桥构成。大桥桥面宽33m，双向6车道、沥青混凝土路面，为全封闭、全立交高速公路特大桥，设计行车速度120km/h。大桥总投资约20亿元人民币，为一跨过江双塔单跨悬索桥型，主跨1 280m（图版Ⅴ－1），大桥南锚碇基础工程被誉为“神州第一锚”。该桥于2003年11月开始施工，2007年12月26日正式通车。
阳逻长江大桥的混凝土主塔结构采用了别致的“剪刀撑”形式，较传统的“H”形、门形主塔显得更为新颖、美观。主塔钢斜撑的首次采用，一改国内桥塔的横梁模式，丰富了桥梁景观的内涵。针对悬索桥锚碇预应力锚固系统存在的不可更换和耐久性能方面的问题，工程技术人员开发研制出耐久性能好、可检测、可更换、更加安全可靠的新型油脂防腐预应力锚固系统，并获得国家专利。该新锚固系统在国内首次应用于工程实践，探索了一种新的悬索桥锚碇预应力锚固形式。阳逻长江大桥的施工和长期健康监测，采用具有自主知识产权的光纤光栅传感技术，监测桥梁结构关键位置的应力，以及桥梁索力和振动。而光纤光栅传感器能做到和监测对象相同寿命，解决了传统监测手段无法长期稳定监测桥梁安全的问题，为桥梁施工安全提供了有力保障，也为桥梁长期运行的健康状态提供了诊断手段和科学依据。
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