基于全寿命设计理论的斜拉桥拉索体系选择研究 (2012年)

全寿命设计理论是基于生命周期造价最低的理念，综合考虑规划、设计、施工以及耐久性设计、管养设计、拆除、回收再利用设计、风险评估及保险策略和全寿命周期成本分析等方面，使桥梁设计达到安全、经济、耐久及环保等。在分析斜拉桥拉索体系特点的基础上，重点比较了平行钢丝拉索和钢绞线拉索的各项技术指标以及两者在施工过程中的特点，结合全寿命设计理论，从全寿命造价最低及可持续发展的角度，得出钢绞线拉索体系较平行钢丝拉索体系优越的结论。建议在斜拉桥的施工中，多应用钢绞线拉索体系。 ### 基于全寿命设计理论的斜拉桥拉索体系选择研究 #### 1. 引言 斜拉桥作为一种重要桥型，在200米到800米跨度范围内展现出极高的竞争力。自1956年瑞典建成第一座现代化斜拉桥以来，全球共修建了约400座斜拉桥，其中中国就占到了100座以上。斜拉桥因其独特的设计和优良的性能，在跨江跨河大桥中成为首选方案之一。斜拉索作为斜拉桥的重要组成部分，其性能直接影响到整座桥梁的安全性和使用寿命。 早期斜拉桥普遍存在着拉索防护层过早失效的问题，导致使用寿命缩短，甚至需要更换拉索。据统计，20世纪70年代到90年代初期，中国修建的30多座斜拉桥中有大约35%因为斜拉索锈蚀问题而不得不进行全部或部分更换；进入21世纪，又有十余座90年代后修建的斜拉桥进行了换索作业。这不仅给后期运营维护带来了巨大的经济压力，也增加了社会负担。因此，从全寿命设计的角度出发来选择和设计斜拉桥的拉索体系显得尤为重要。 #### 2. 全寿命设计理论概述 全寿命设计理论是一种旨在优化桥梁整个生命周期内的总体性能（如功能、成本、人文和环境等）的设计方法。它不仅仅关注桥梁建设阶段，还涵盖了规划、设计、施工、运营、管理养护、拆除和回收利用等多个方面。与传统的桥梁设计相比，全寿命设计理论更注重耐久性设计、管理养护设计、拆除设计、回收利用设计、风险评估及保险策略、全生命周期成本分析等内容。 #### 3. 斜拉桥拉索体系特点分析 ##### 3.1 平行预应力钢丝拉索体系 平行预应力钢丝拉索体系主要由高强度钢丝束构成，直径约为7毫米。钢丝数量会根据所需索力的大小进行调整。其锚固体系通常采用冷铸锚结构组件（或热铸锚组件），并配有外层镀锌防护，钢丝束外还会绕包带和HDPE护套以增强防腐性能。 ##### 3.2 钢绞线拉索体系 钢绞线拉索体系则由7根钢丝绞成直径为15毫米的预应力钢绞线组成。与平行预应力钢丝拉索相比，钢绞线拉索在强度和刚度上更具优势，并且在防腐蚀处理方面也有更好的表现。 #### 4. 拉索体系的技术指标对比 通过对平行预应力钢丝拉索和钢绞线拉索各项技术指标的比较，可以发现两者在以下几个方面存在差异： - **强度和刚度**：钢绞线拉索由于其结构特性，在同等条件下表现出更高的强度和刚度。 - **制造工艺**：平行预应力钢丝拉索在制造过程中需要经过钢丝定长下料、编索、扭角绕包等步骤，而钢绞线拉索的制造过程相对简单。 - **防腐性能**：钢绞线拉索在防腐蚀处理上更加先进，能够更好地抵抗恶劣环境下的腐蚀。 - **施工难度**：平行预应力钢丝拉索在安装过程中需要更多的调整和校准，相比之下，钢绞线拉索的安装更为简便。 - **维护成本**：由于钢绞线拉索的防腐性能更好，其长期维护成本更低。 #### 5. 结论 结合全寿命设计理论，从全寿命造价最低及可持续发展的角度来看，钢绞线拉索体系相较于平行预应力钢丝拉索体系更具优越性。因此，在斜拉桥的实际施工中，建议更多地采用钢绞线拉索体系，以提高桥梁的整体性能，降低长期维护成本，并促进资源的有效利用和环境保护。