斜拉橋的拉索為什麼看起來都一樣粗？

01-03

在斜拉橋里，越長的拉索與橋面夾角越小，拉力越大，那從經濟上考慮不應該是越長的拉索越粗嗎？但是看起來好像所有拉索都是一樣粗的呢，或者鋼索的實際用鋼量並不一樣？第二個問題是為何有的斜拉橋兩側拉索不對稱？也很費解，斜拉橋不像懸索橋，橋塔只受豎向壓力，斜拉橋兩側拉索不對稱的話，兩側水平拉力就沒法抵消，從而會產生巨大的彎矩，橋塔大偏心受壓，不就更不利於結構穩定嗎？比如荊岳長江大橋。第三個問題是為什麼國內現有的斜拉橋和懸索橋的橋塔主要都是混凝土結構，而國外的很多都是鋼結構橋塔，比如明石海峽大橋和金門大橋，這是為什麼呢？

1，拉索外表面能看到的只是拉索外包的PE保護套，尺寸上差別不大所以感覺一樣粗。實際上一根斜拉索是由很多根鋼絲或者鋼絞線編束而成，一般來說一座斜拉橋至少三種拉索規格，大橋還會更多。

2，斜拉索的角度和數量不對稱都沒關係，斜拉橋並不是一般想像中的被動下垂拉住主梁，而是每根斜拉索的拉力都可以主動調節，千斤頂想拉多大力就能拉多大。所以即使索不對稱，力也可以對稱。（說個題外話，實際上對稱的單塔斜拉橋反而不是好的結構，沒有錨跨端部幾根加密的錨索，整個體系的剛度就會較小。）

3，從主梁的材質來說：小跨徑斜拉橋懸索橋用混凝土比較經濟，中等跨徑用疊合梁比較經濟，大跨徑用鋼材經濟。

從索塔的材質來說：混凝土橋塔比較適合以受壓為主的豎直型橋塔，鋼橋塔適合彎曲或傾斜的複雜造型。

其實鋼斜拉橋懸索橋都並不少，但我國因歷史習慣和成本的原因，確實會優先選用混凝土結構。

先答下關於斜拉索粗細的問題，後兩個問題留坑待答。

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「斜拉索的粗細」是個比較籠統的概念，其表觀上看到的「粗細」是外面增加了護套的斜拉索的尺寸，而真正的「粗細」是指參與受力並用於計算分析的其中的高強鋼索的面積。這個問題的理解可以先看斜拉索通常的構造，以斜拉索中常用的平行鋼絲索為例，其截面組成如下圖：

平行鋼絲索將若干鋼絲平行併攏、紮緊而成。鋼絲採用的高強鋼絲或高強鍍鋅鋼絲。平行鋼絲索股是將一定根數的鍍鋅鋼絲平行地捆紮成股，索股的截面是六角形，所以每股的鋼絲根數是一定的，為19、37、61、91、127等，有時也稱為「模數」。大多數情況下每根斜拉索由多股平行鋼絲索股組成。

鋼索截面形狀並非圓形，為了便於表達，有時也採用等代直徑來表達，等代直徑就是以鋼索截面實際面積（實際上不是規則圖形）假想成實心圓形，然後依據面積相等反算出這個假想圓形的直徑。這樣的換算在計算中比較方便採用。

斜拉橋的索力是可以調整來優化結構受力性能的（斜拉橋的索力優化也常常是個讓人頭大的問題，暫不詳述，有興趣的朋友可以再交流），並且現在一般斜拉橋的設計分析都必須經過索力優化和調整這個過程。根據理論和實踐經驗，一般比較合理的成橋狀態恆載索力會隨著拉索水平傾角的減小而增大，也就是索力隨著索長的增大而增大。當然這是一般的整體趨勢，也允許有局部範圍的小幅顛倒和跳躍。因此，最靠近橋塔的比較「豎起來」的拉索與最原理橋塔的「平躺」的拉索索力有時相差幾倍。特別是對於大跨徑斜拉橋，恆載佔據了大部分，因此拉索最終的受力也就相差幾倍，此時再採用一樣「粗細」往往是不經濟的，就會根據調整優化出的索力大小選擇斜拉索不同的截面，根據上圖，也就是不同的「鋼絲股數」。比如說，在某座橋中，可能一個有500t軸力的拉索採用面積約110 $cm^{2}$ 的截面，而另一個有200t軸力的拉索採用面積約40 $cm^{2}$ 的截面，兩者的受力面積顯然是不同的。換算成等效圓形截面的直徑，前者直徑約12cm，後者直徑約7cm，從倍數上看仍是有一定差距，但直徑均不大，相對於斜拉橋本身的體量和拉索長度來看，差異很微小，對於「遠觀者」幾乎看不出差別。

再則，斜拉索要做防護處理，目前最常用的是熱擠高密度聚乙烯套管。可以在制索過程中在鋼索外施加熱擠高密度聚乙烯索套，全部拉索施工完畢後再用纏包機在聚乙烯索套外纏包一層帶色的黏膠保護層。也就是說，在有差別的、參與力學計算的鋼索外，還有不少的拉索「包裝」，這些「包裝」在計算中不計入，但對於觀察者來說是對拉索「粗細」的直觀感受。顯然，用了這些「包裝」後的拉索都比其內核鋼索「臃腫」得多，又進一步弱化了受力面積的差別。有的斜拉索區段外也會設置金屬套管，金屬套管可採用統一的、較斜拉索外徑大得多的尺寸，這些套管與斜拉索並不密貼。如下圖：

此外，一般斜拉索穿過主梁處應設鋼套箱，套筒下端設錨墊板，上端伸出橋面一段距離以保護斜拉索不被車輛撞擊。套筒比起斜拉橋外觀直徑就更大了，完全能夠容納粗細不同的拉索於其中，從而使得看上去粗細一致，如下圖：

以上因素綜合起來，斜拉索看起來也就差不多「粗細」了。

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網路圖，侵刪。

第一個，說實話你不說我還沒注意過，不過斜拉橋的索力要反覆調整，成橋索力調得你想哭，最後那個拉索的索力都在一個數量級，差別並不大，真的不是拉索越長索力越大…拉索的索力是預先張拉過後安裝上去的，並不是拉索安好後自由受力，索力的主要來源是預先的張拉力，是人工計算來的

第二個，斜拉橋兩側拉索不對稱沒關係，拉索的索力造成的水平力和彎矩能平衡就可以，雖然看起來不平衡，實際上都經過了計算驗算，保證大致平衡，並且有時候橋塔是傾斜的，這個也會考慮進去…而且，既然拉索的索力是預先張拉的結果，那計算中肯定會考慮平衡的

第三個，其實就一個原因：錢……鋼橋造價高，養護費用高

第一，其實並不是一樣粗的，看上去一樣而已，也並不是越長的拉索受力就越大的，這跟索的布置形式，線型，無索區長度等等因素有很大的關係，而且每根索力都是可以人為調節的。

第二，橋塔承受一定的彎矩是非常正常的，而且這個彎矩值可以通過索力調整來改變，所以是沒有問題的。

第三，混凝土橋塔的成本低啊，你說的國內的混凝土斜拉橋懸索橋，跨徑都不會很大的。設計都是綜合成本跨徑等很多因素來確定，明石海峽大橋跨徑1991m，金門大橋跨徑1280m，是不可能實現的。國內最大跨徑的斜拉橋蘇通長江大橋，其跨徑1088m就是鋼結構的，其實還有很多，我參與過一個異形獨塔斜拉橋的監控，跨徑雖然只有80m，但是橋塔和主梁都是鋼結構的，因為橋樑是個景觀橋樑，其結構比較複雜，採用鋼結構在施工調整索力過程中比較安全，如果是混凝土結構，主梁很可能因為索力調整的不合適而開裂。

關於索的直徑大小相同，可能和索設計時內力有關係。而索結構中索內力的大小又和索的幾何位置有關係。如果通過調整索在結構中的幾何，是可以做到所有的索力都是一樣的情況的。

不一樣粗

路過，說一下自己知道的，不請自來

首先，你所看到的粗細是保護套的粗細，它的作用是防止拉索內的高強鋼絲腐蝕破壞，裡面是由很多高強鋼絲張拉的，每一個套管里鋼絲的數量是不同的，張拉的預應力也是不同的，這都是經過繁瑣的計算得到的。

其次，軸心受壓構件是很難做到的，但是通過調整索力還是能夠基本達到，當然還是存在一點偏心距，隨著拉索預應力損失也應該是會產生一定的偏心距，但是在橋樑監測過程中會保證不超過限值。

若有錯誤希望知乎大神指出，謝謝

我想弱弱的問一句：斜拉橋可以把橋面拉起來嗎？