自锚式吊桥

悬索桥

吊桥又称悬索桥，自锚式悬索桥通常由主梁（加劲梁）、桥塔、主缆、吊索、主索鞍、副索鞍等组成。它不需要有强大的锚碇，是直接把主缆锚于主梁（又称加劲梁）端部，节省了昂贵的锚碇费用。同时主缆又对主梁施加了强大的免费预应力，使主梁结构受力大为改善。

国内外情况

国外

国外自锚式悬索桥已有100多年历史，但建成的数量不多，仍是一种较为新颖的桥型，跨度多在200 m左右。1929年德国建成了首座自锚式悬索桥，科隆一米尔海姆大桥，主跨315 m，在建的旧金山奥克兰海湾新桥，主跨达到385 m。

日本此花大桥跨径布置为120 m+300 m+120 m，是世界上一座英国式自锚式悬索桥，单主缆形式，建成于1990年。该桥采用1/6矢跨比以减小主缆索力。主缆采用PPWS法施工，包含30束股，每束184丝。由于仅有一个索面，吊索做成倾斜形，构成三角形吊杆，与钢箱加劲梁一起体现了英国式悬索桥的特点。钢箱加劲梁为三室箱，梁高3.17 m，箱总宽26.5 m。索塔呈花瓶形，但下塔柱较矮，人字形上塔柱要在加劲梁节段架设后才能安装。

国内

我国自锚式悬索桥的起步落后于国外，目前已建成20几座，跨径多数不足200 m，有多座大桥采用独具特色的钢筋混凝土加劲梁，使得自锚式悬索桥的优越性更加彰显。例如大连金石滩大桥，采用钢筋混凝土加劲梁，建成于2002年。主缆直接锚固于加劲梁的两端，将加劲梁做成拱形，用主缆的水平分力来抵御拱脚的推力，起到了系杆拱桥中系杆的作用。这样既满足了跨中通航的净空要求，也使主桥两端高度降低，大大减少了引桥的长度，节省了投资。这种预拱度也可使加劲梁刚度增加、挠度减小，从而在受力和经济上都达到了很好的效果。主桥施工主要工序为：钻孔桩基础；浇筑桥墩桥塔；搭设临时支架，支架上浇筑加劲梁；加劲梁达到强度后挂主缆，上索夹，张拉吊杆。

主要结构形式

（1）美式自锚式悬索桥

其基本特征是竖直吊杆（索），钢桁架加劲梁。自锚式悬索桥的加劲梁必须是连续的，以承受主缆传递的水平压力。加劲梁可做成双层，供公铁两用，如韩国的永宗悬索桥。采用钢桁架还可通过增加加劲梁的高度来保证桥梁有足够的刚度。

（2）英式自锚式悬索桥

20世纪60年代，英国提出的新型悬索桥突破了悬索桥的传统形式，这种新型悬索桥的基本特征是采用三角形的斜吊杆和刚度较小的流线形扁平翼状钢箱梁作为加劲梁，桥塔处设有伸缩缝，用钢筋混凝土桥塔代替钢桥塔，有的还将主缆和加劲梁在跨中固结。其优点是钢箱梁自重轻，相应可减小主缆截面，降低钢材用量；钢箱梁抗扭刚度大，受横向的风力小，有利于抗风，并大大减小了桥塔所承受的横向力。缺点是三角形布置的斜吊杆在吊点处的结构复杂。在白锚式悬索桥中，日本的此花大桥是世界上一座英国式的自锚式悬索桥。

（3）其他类型自锚式悬索桥

其他类型白锚式悬索桥采用竖直吊杆和流线形箱梁作为加劲梁，加劲梁的材料可采用钢材或钢筋混凝土材料。已建成的钢筋混凝土自锚式悬索桥都采用这种形式。钢结构的白锚式悬索桥除有双层通车要求的采用较多外，还有很多桥梁也采用这种形式，如美国旧金山一奥克兰海湾新桥。在国内，一般采用钢筋混凝土材料。采用钢筋混凝土加劲梁与钢加劲梁相比有独特的优点：钢结构由于要承受主缆传递的压力，为防止钢结构的压屈，必须在关键的部位增加构件或加大尺寸，这就使造价增加，而采用钢筋混凝土材料则较经济，由于混凝土是受压材料，所以比钢结构更适于承压；钢筋混凝土材料一般做成抗扭刚度大的箱梁截面。

构造特点

自锚式悬索桥是由主缆、加劲梁、主塔、鞍座、锚固构造、吊索等构件构成的柔性悬吊组合体系，桥面重量、车辆荷载等竖向荷载通过吊杆传至主缆承受，主缆承受拉力，而主缆锚固在梁端，将水平分力传递给主梁。由于水平分力的大小与主缆的矢跨比有关，因此可以通过调整矢跨比来调节主梁内水平分力。跨度较大时，可以适当增大矢跨比，以减小主梁内的压力。反之，跨度较小时，可以适当减小矢跨比，使混凝土主梁内的预压力适当提高。由于主缆在塔顶锚固，为了尽量减少主塔承受的水平力，必须保证边跨主缆的水平力与中跨主缆产生的水平力基本相等，这可以通过合理的跨径比来调节，也可以通过改变主缆的线形来调节。

自锚式悬索桥中的恒载由主缆来承受，而活载还需要由加劲梁来承受，所以加劲梁应采用具有一定抗弯刚度的箱形断面较为合适。采用混凝土加劲梁，虽然增加了体系的自重，但也增大了体系的刚度。对结构受力而言，自锚式悬索桥将主缆锚固于主梁上，利用主梁来抵抗水平分力，这对于抗压性能好的混凝土材料来说无疑是提供了免费的预应力，因此采用普通钢筋混凝土结构，不仅节省了大量的预应力器具，而且经济性也比钢加劲梁好。但混凝土的抗拉、抗弯性能较差，在进行受力分析时应综合考虑这个特点。

自锚式悬索桥的大部分构造和地锚式悬索桥相似，重要的区别在于主缆的锚固方式。白锚式悬索桥巨大的主缆力集中作用于加劲梁梁端，主缆要在有限的空间内实现分束锚固。为了实现主缆与加劲梁传力顺畅、主缆锚固可靠、主缆束股架设张拉方便易行等。白锚式悬索桥的锚固方式主要有以下三种形式：

（1）混凝土结构锚固方式

混凝土结构的主缆锚固方式与普通的锚碇构造比较相近，主缆在散索鞍处散开，分别锚固在锚固体上。锚固体（锚固块或锚固梁）要求足够的刚度和强度，以传递主缆的拉力。当边跨为钢加劲梁时，也可以设计成混凝土锚箱（梁）散开锚固，但钢加劲梁部分要通过合理的构造措施与混凝土锚固结构连接。混凝土结构锚固方式可分为Ⅰ型（常规锚固形式）与Ⅱ型（通过转索鞍使主缆转向，进入墩身，在锚固墩中散开锚固于墩身中）。

（2）钢结构锚固方式

主缆进入钢结构锚固体，通过散索鞍散开分别锚固在锚固面上。锚固体通过高强螺栓或者焊缝与钢箱梁的顶板、底板和腹板相连，将水平分力传递给全截面。这种锚固方式往往需要在钢箱梁内设置配重，桥墩处可能还需设置抗拉支座。

（3）环形锚固方式

主缆束股连续绕在梁段的锚固跨上连接成环形，通过转索鞍实现束股的转向。索鞍由箱梁支承，设计成可移动的，以平衡两主缆的索力差；也可以设计成不能移动的。在施工期间，两主缆索力差异可通过调整塔顶鞍座来平衡。

此外，自锚式悬索桥主缆拉力的垂直分力将使桥梁的两端产生上拔力，对此采取以下方法来抵抗这种上拔力：一是在锚块处设置拉压支座；二是在主桥和引桥的交接处设置牛腿，从而将引桥的重量压在主梁上。

施工工艺

自锚式悬索桥施工的特点是一般先架设加劲梁后架设主缆，再安装吊索最后通过张拉吊索实现体系转换。因此，加劲梁架设、主缆架设和吊索张拉实施体系转换是自锚式悬索桥施工的关键工序。在施工控制方面，自锚式悬索桥施工要求的精度较地锚式悬索桥要高，加劲梁架设、主缆安装调整、索塔的偏位变形等都应在监控之下，以使桥梁时刻处于良好的施工控制状态。

（1）先梁后缆的架设方法

自锚式悬索桥的加劲梁需要承担和平衡主缆拉力，故施工顺序不同于地锚式悬索桥“先缆后梁”的顺序，多为“先梁后缆”。加劲梁的施工方法有顶推法、支架法、节段吊装法和斜拉扣挂法等。

（2）先缆后梁的架设方法

在某些特定条件下，自锚式悬索桥也可以采用“先缆后梁”的架设方法。因为主缆安装后产生水平力，“先缆后梁”架设法的重点是如何采取有效措施来平衡水平力。

①临时锚碇法

对于小跨径自锚式悬索桥，主缆重量较小，可以设置临时锚碇作为施工期间的临时抗主缆拉力结构。该方法的施工顺序为：先施工主缆锚固节段和临时锚碇；然后架设主缆，在临时锚碇和主缆锚固端之间设置调节锚索，平衡主缆锚固产生的水平力；最后通过主缆架设加劲梁。该方法是一种无支架的施工方法，不妨碍河道通航且技术较成熟，但当主缆力从外锚转换为白锚时，全桥体系转换较为复杂。

②叠合加劲梁先缆后梁架设法

对于采用叠合加劲梁的自锚式悬索桥，根据叠合梁钢结构重量较轻的特点，可以采用先缆后梁架设法。该方法采用可承受较大水平力的边墩锚固主缆，然后利用主缆架设主梁，其施工顺序为：①在边墩上架设锚固段加劲梁，与桥墩临时连接，该连接可传递较大的水平力；②把主缆锚固在墩顶加劲梁上；③架设叠合加劲梁的钢纵横梁；④解除加劲梁与桥墩临时连接，由钢加劲梁承受主缆水平力；⑤施工混凝土桥面板。该方法为无支架施工，需要桥墩能承受较大的水平力。

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