淺析我國懸索橋建設(shè)

摘要：隨著世界經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展，交通運輸在國民經(jīng)濟(jì)中的地位和作用日因重要。洲際之間，海峽兩岸和陸島之間迫切需要修建大跨度，特大跨度或超長跨度橋梁。我國渤海海峽跨海工程、長江口越江工程、珠江口伶仃洋工程以及瓊州海峽工程，為了避免深水基礎(chǔ)施工的困難和高昂的造價，滿足超級巨輪通航要求，需要修建1000m以上的大跨度甚至是2000m以上的超大跨度橋梁。 本文介紹中國目前懸索橋的技術(shù)現(xiàn)狀及建設(shè)成果，展望中國懸索橋事業(yè)的發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵字：懸索橋 現(xiàn)狀 建設(shè)成果 發(fā)展趨勢

懸索橋是目前跨度超過1000m時最優(yōu)可選擇橋型之一，航空的限高和航運要求的通航凈空也迫使人們選用懸索橋。因為懸索橋的塔高是斜拉橋的1/2，在施工過程中，懸索橋始終在一個靜定穩(wěn)定結(jié)構(gòu)狀態(tài)下，容易控制，風(fēng)險小。從學(xué)術(shù)研究來說，大跨度懸索橋的研究是當(dāng)前橋梁學(xué)科中最重要最活躍的領(lǐng)域之一。

一、懸索橋的結(jié)構(gòu)特征

（一）懸索橋的結(jié)構(gòu)組成。懸索橋是以懸索為主要承重結(jié)構(gòu)的橋梁類型，主要由大纜、橋塔、錨碇，加勁梁，吊索和橋面等組成。

（二）懸索橋的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢。懸索橋是適用于大跨度的橋梁結(jié)構(gòu)，構(gòu)造簡單，受力明確。橋面是由鋼纜和吊索來承受，作為橋面主要結(jié)構(gòu)物的加勁梁的跨度相當(dāng)于吊索的間距，成為一個小跨度的彈性支承連續(xù)梁，所以主跨的大小與加勁梁剛度沒有很直接的關(guān)系。而作為承受橋面的關(guān)鍵構(gòu)件的銅纜是由塔支承著并由強(qiáng)大的錨碇錨固著，只有塔和錨碇的穩(wěn)定才能使鋼纜來承受橋面上的各種荷載。因此，懸索橋在適合的地形、水文和地質(zhì)條件下都可以建造，只是造價比較高。由于其主要構(gòu)件大纜承受拉力，材料利用效率高，往往適用于其他橋型難以適用的特大跨徑橋梁。因此，懸索橋是目前跨度超過1000m時最優(yōu)可選橋型之一，并且認(rèn)為在600m以上的跨度同其他橋型相比也具有很強(qiáng)競爭力。以目前來說，當(dāng)主跨超過700m的橋，幾乎都是懸索橋。

三、我國懸索橋的建設(shè)成果

（一）懸索橋在我國的歷史。懸索橋的構(gòu)思據(jù)說來自猴橋，它是由若干強(qiáng)壯的猴子組成一條懸鏈來讓病猴或年老體衰的猴子通過的橋梁。最原始的人類懸索橋采用植物類的竹子或藤條來制造懸索。我國四川省的灌縣早在千年之前就出現(xiàn)竹索橋。17世紀(jì)開始出現(xiàn)鐵鏈作懸索的橋梁。我國四川省大渡河上由9條鐵鏈組成的瀘定橋是在1706年建成的。20世紀(jì)90年代初開始，中國也進(jìn)入發(fā)展懸索橋的隊伍之中。

（二）我國懸索橋普遍的設(shè)計類型特點。①懸索橋采用鋼箱作為加勁梁，在我國較為普遍。美國和日本的懸索橋的加勁梁一律用桁架。②塔的材料，國外以鋼為主，我國以混凝土為主，近年來國外也有向混凝土發(fā)展的趨勢，基礎(chǔ)多為鉆孔樁或沉井。③錨碇一般以重力式和地錨為主，少數(shù)地質(zhì)條件好的采用了隧道錨。深水錨碇往往采用沉井或地下連續(xù)墻。④我國幾座懸索橋均采用PWS（索股法）法。索股采用φ5mm鍍鋅鋼絲，由91或127根φ5組成一根索股，根據(jù)受力鋼纜由不同數(shù)量索股組成。

（三）我國懸索橋技術(shù)成就。在虎門橋、江陰橋等工程的建設(shè)過程中，搞笑、科研、設(shè)計和施工單位，全面地開展了科研工作，推進(jìn)了我國懸索橋技術(shù)，主要有以下幾個方面：

①在靜力計算方面不僅廣泛采用了以有限位移理論為基礎(chǔ)的懸索橋計算程序，還做了進(jìn)一步的研究。②編制了我國的《抗風(fēng)設(shè)計指南》，對大跨度懸索橋進(jìn)行了全面的風(fēng)振分析和風(fēng)洞試驗。③我國懸索橋主纜軍用平行鋼絲組成，鋼絲為直徑5.2高強(qiáng)鍍鋅鋼絲，在扭轉(zhuǎn)要求和鍍鋅質(zhì)量方面，都不預(yù)應(yīng)力鋼絲要求高。主纜架設(shè)采用空中偏纜法和預(yù)制索股法。④鋼筋混凝土橋塔設(shè)計施工，施工中采用了滑模技術(shù)和爬模技術(shù)。⑤通過實踐，我國掌握了鋼和預(yù)應(yīng)力混凝土二類加勁梁的預(yù)制、吊裝、調(diào)纜形、壓重、拼接的全套經(jīng)驗。有了液壓提升的跨纜吊機(jī)和卷揚機(jī)提升的跨纜吊機(jī)等兩種吊裝設(shè)備。⑥施工狀態(tài)的仿真分析，它課提供懸索橋的空纜初始狀態(tài)，構(gòu)件的無應(yīng)力長度，個施工階段的結(jié)構(gòu)內(nèi)力和變形，可以作為懸索橋施工控制的依據(jù)。⑦事前估算，施工中監(jiān)測，不斷分析總結(jié)，積累并揭示了單跨懸索橋施工過程中結(jié)構(gòu)行為的變化規(guī)律。⑧采用GPS全球定位技術(shù)，對塔、錨、墩等6部位做定位測量。

（四）我國的著名懸索橋。上世紀(jì)90年代以前，盡管我國已經(jīng)修建了60余座懸索橋，但普遍跨徑小、橋面窄、荷載低，其科技含量也極為有限，60余座懸索橋其跨徑普遍都在400米以內(nèi)。

懸索橋在我國真正進(jìn)入實質(zhì)性發(fā)展階段的是近十年，跨徑從超越400米直至突破1000米。從1995年建成的主跨450米的汕頭海灣大橋，到1997年建成的主跨888米的虎門大橋，發(fā)展到1999年建成的主跨1385米的江陰長江大橋，懸索橋在我國實現(xiàn)了跨徑的“三級跳”。目前，我國已經(jīng)成為世界懸索橋建設(shè)的主要國家。

據(jù)統(tǒng)計，目前，我國主跨超過450米以上的懸索橋11座，按跨度大小分別有潤揚長江公路大橋南汊懸索橋、江陰長江大橋、香港青馬大橋、湖北宜昌長江大橋、湖北西陵長江大橋、虎門大橋、廈門海滄大橋、重慶鵝公巖長江大橋、重慶忠縣長江大橋、汕頭海灣大橋和重慶豐都長江大橋等。其中，潤揚長江公路大橋南汊懸索橋、江陰長江大橋、香港青馬大橋其主跨分別為1490米、1385米和1377米，分別名列世界第三、第五和第六大跨徑懸索橋。一個不容忽視的現(xiàn)實是，這些大橋全部是1995年以后建造的。 1999年建成的江陰長江公路大橋，以主跨1385米成為我國首座自行設(shè)計制造施工跨徑超過千米的橋梁工程。值得特別關(guān)注的是，該橋在2002年榮獲了首屆國際橋梁大獎尤金·菲戈金獎，這也是我國橋梁首次

在世界橋梁領(lǐng)域獲此殊榮。它標(biāo)志著我國在懸索橋的設(shè)計、制造和施工等方面，已經(jīng)躍入了國際先進(jìn)行列。 潤揚長江公路大橋，北起江蘇揚州，跨江飛躍鎮(zhèn)江，全長35.66公里。其中的南汊懸索橋工程，以主跨1490米，成為中國第一、亞洲第二、世界第三大跨徑懸索橋。據(jù)悉，目前，大橋在運用新材料、推廣新技術(shù)、探索新工藝等方面，已取得了一系列重大技術(shù)突破和科研成果，令世界矚目。

（作者單位：鄭州大學(xué)水利與環(huán)境學(xué)院）