悬索桥的构造特点

陈 静

(哈双高速公路管理处)

1 索塔

索塔是悬索桥的承要结构，不仅承受直接作用于桥塔本身的风、地震、温度等荷载，还要承受主缆、加劲梁等悬索桥悬吊结构的自重以及作用于悬索桥体系上的活载、温度等荷载。

大跨度悬索桥的索塔在20世纪50年代以前几乎都是采用钢塔，其主要优点足施工速度快、质量容易保证、抗震性能好。直到1959年，法国建成主跨608m的其坦卡维尔悬索桥，才开始采用混凝土桥塔。我国新近建造的几座大跨度悬索桥(汕头海湾大桥、虎门大桥、西陵大桥、江阴大桥)全都是采用混凝土桥塔。塔的施工与斜拉桥桥塔基本上相同。

在构造形式上，桥塔多采用门架式结构或塔柱间用斜撑连接。借此使整个桥塔在横向成为能承受主缆和桥面系上全部横向荷载的刚性结构。

2 锚碇

锚碇是锚块基础、锚块、钢缆的锚碇架及同定装置等的总称，它不仅抵抗来自主缆的竖直反力，而且抵抗主缆的水平力。锚块是直接锚固主缆的结构，它通过锚固系统将主缆索股拉力分散开来。锚块与其下面的锚碇基础连成一体抵抗因主缆拉力产生的锚碇滑动及倾倒。锚碇的形式可分为重力式和隧道式。目前，世界上已建悬索桥绝大部分采用了重力式锚碇。这除了与锚碇所处的地形、地质条件有关外，电与主缆架设方法、锚碇施工方法有关。

一般而言，若锚碇处有坚实岩层靠近地表，修建隧道锚(或称岩洞式锚)有可能比较经济。美国华盛顿桥新泽西岸锚碇是隧道式，其混凝士用量为22 200 m3，仪为纽约岸锚碇所用混凝土及花岗岩镶面工程量107 000 m3的21%，但隧道锚有传力机理小明确的缺点。美国食门大桥原设计两端部都用隧道锚，但考虑到隧道锚块混凝土将力传给周围基岩机理不明确。总工程师改变决定，全部采用最力式锚碇。

有坚实基岩层靠近地表也可以采用重力式锚，让锚块嵌入基岩，使位于锚块前的基岩凭借承压来抵抗主缆的水平力。例如我国1995年建成的汕头海湾火桥，就是利用两岸体岩层，设计为重力前锚式锚碇(锚块兜住石质山头，抵抗主缆拉力)。巨大的主缆拉力通过锚杆、后锚梁、锚块混凝土均匀传递给基岩。虎门大桥的东锚碇也为山后重力式锚。若坚实基岩位于桥面之下深度不过30～50 m，可修建直接坐落在基岩上的锚块，若坚实持力层埋深更大，而设计意图是使荷载完全传至该持力层，则必须设置沉井、沉箱、大直径桩(含斜桩)等深基础。这样的锚碇造价比较昂贵。虎门大桥的西铺碇基础原设计为沉井加桩基方案，后经细探，发现基岩严重不平，沉井施工将会遇到很大困难，遂改为地下连续墙方案。如果将地基在荷载之下的各种变形予以充分考虑，也可以采用浅基础。

3 主缆

主缆是悬索桥的主要承重构件，要求其单位有效截面的抗拉强度大、截面密度大、结构延伸率小、弹性模量大、疲劳强度大、徐变小、运用简单、易架没锚固和防锈容易和价格便宜。

主缆由若干通长的钢丝绳或平行钢丝组成。在20世纪60年代曾采用的封闭式钢绞线钢缆，因其加工困难、成本高，现巳较少采用。

平行线钢缆截面内的钢丝往往排列成正六边形，以便于主缆截面经紧缆作业最终被压紧成圆形。

对用预制索股法形成的平行线钢缆，为使主缆的构造同其锚固相适应，缆内钢丝分成若干根丝股(索股)，每股一般不超过127丝。为便于主缆截面压紧成圆形。将两平边放在水平位置，这样摆法当丝股根数不多时，用主缆成形器来保持其相对位置比较方便。将两平边放在竖直位置，其优点是丝股分成几竖列，可以在各一簪列之间插入分隔片，有助于丝股间的通风，使各丝股湿度容易一致，有利于保证丝股长度调整的精度。

4 悬吊结构

悬吊结构是为了将悬索桥的桥面支挂在主缆上的全部结构，也就是吊杆、加劲梁、桥面系的总称。

吊杆(索)连接主钢缆和加劲粱，将加劲梁的恒载及其上的活载传至主缆。吊杆与主钢缆的连接方式通常有跨骑式和销接式两种。跨骑式连接时钢丝绳吊索跨越索夹上预留的槽口吊挂在主缆上，通过槽口的喇叭构造允许吊索在顺桥向有微量的摆幅，以避免由于主梁在活载、温度、风载等作用下产生的纵向位移引起吊索摆动造成的弯折。吊杆与索夹以销形式连接的称为销接式，它既可用于钢丝绳吊索，亦可用于平行钢丝束吊索。吊索与加劲粱的连接方式因加劲梁的截面形式不同而不同。

现代悬索桥钢加劲梁的截面形式大部分为桁架及扁平箱梁，个别有如香港青马桥那样的空腹桁架式箱梁。桁架式加劫梁透风性好，竖向刚度大，但其高度和自重大，从而导致加劲梁、主缆、索塔及锚碇工程量增大;流线型钢箱梁结构轻巧美观，梁高低，受风面积小，截面抗扭刚度大，可以有较高的抗风稳定性，并因梁高低、自重小可以减少全桥造价，此类钢箱加劲粱在世界范围内得到广泛应用。

5 鞍座

鞍座是在塔顶及桥台上直接支承主钢缆并将主缆的荷载传递至常塔和桥台的装置，鞍座大致可分为主索鞍、散索鞍和副鞍座。

主索鞍是布置于塔顶用于支撑主缆的永久性大型构件。其功能足承受主缆的竖向压力，并将主缆的竖向压山均匀地传递到桥塔上，同时也起到使主缆在塔顶处平缓过渡、减少主缆过塔顶时的弯折应力的目的。

根据传力方式、制作方法和结构组成等。

当悬索桥边跨较大时，主缆在边跨靠近锚室的坡度平缓，为使主缆能进入锚室内锚固，须设置散索鞍。散索鞍的主要功能是把构成主钢缆的钢丝束在竖直方向和水平方向上散开，并引入各个锚固点。散索鞍按制作方式有全铸式、铸焊式和全焊式之分。依据纵向运动所需的构造形式又可分为滚轴式和摆轴式。

副鞍座也称侧塔鞍座，设置于支架塔和桥台部分的支架等处，主要是改变主钢缆在竖直面内的方向。