白錨式吊橋

吊橋又稱懸索橋，自錨式懸索橋通常由主梁（加勁梁）、橋塔、主纜、吊索、主索鞍、副索鞍等組成。它不需要有強大的錨碇，是直接把主纜錨於主梁（又稱加勁梁）端部，節省了昂貴的錨碇費用。同時主纜又對主梁施加了強大的免費預應力，使主梁結構受力大為改善。

基本介紹

• 中文名：自錨式吊橋
• 外文名：Self-anchored suspension bridge
• 別稱：懸索橋
• 組成：主梁、主纜、吊索、主索鞍等
• 結構：美式、英氏等
• 學科：土木工程

國內外情況

國外

國外自錨式懸索橋已有100多年歷史，但建成的數量不多，仍是一種較為新穎的橋型，跨度多在200 m左右。1929年德國建成了首座白錨式懸索橋，科隆一米爾海姆大橋，主跨315 m，在建的舊金山奧克蘭海灣新橋，主跨達到385 m。

日本此花大橋跨徑布置為120 m+300 m+120 m，是世界上唯一一座英國式自錨式懸索橋，單主纜形式，建成於1990年。該橋採用1/6矢跨比以減小主纜索力。主纜採用PPWS法施工，包含30束股，每束184絲。由於僅有一個索麵，吊索做成傾斜形，構成三角形吊桿，與鋼箱加勁梁一起體現了英國式懸索橋的特點。鋼箱加勁梁為三室箱，梁高3.17 m，箱總寬26.5 m。索塔呈花瓶形，但下塔柱較矮，人字形上塔柱要在加勁梁節段架設後才能安裝。

國內

我國自錨式懸索橋的起步落後於國外，目前已建成20幾座，跨徑多數不足200 m，有多座大橋採用獨具特色的鋼筋混凝土加勁梁，使得自錨式懸索橋的優越性更加彰顯。例如大連金石灘大橋，採用鋼筋混凝土加勁梁，建成於2002年。主纜直接錨固於加勁梁的兩端，將加勁梁做成拱形，用主纜的水平分力來抵禦拱腳的推力，起到了系桿拱橋中系桿的作用。這樣既滿足了跨中通航的淨空要求，也使主橋兩端高度降低，大大減少了引橋的長度，節省了投資。這種預拱度也可使加勁梁剛度增加、撓度減小，從而在受力和經濟上都達到了很好的效果。主橋施工主要工序為：鑽孔樁基礎；澆築橋墩橋塔；搭設臨時支架，支架上澆築加勁梁；加勁梁達到強度後掛主纜，上索夾，張拉吊桿。

主要結構形式

（1）美式自錨式懸索橋

其基本特徵是豎直吊桿（索），鋼桁架加勁梁。自錨式懸索橋的加勁梁必須是連續的，以承受主纜傳遞的水平壓力。加勁梁可做成雙層，供公鐵兩用，如韓國的永宗懸索橋。採用鋼桁架還可通過增加加勁梁的高度來保證橋樑有足夠的剛度。

（2）英式自錨式懸索橋

20世紀60年代，英國提出的新型懸索橋突破了懸索橋的傳統形式，這種新型懸索橋的基本特徵是採用三角形的斜吊桿和剛度較小的流線形扁平翼狀鋼箱梁作為加勁梁，橋塔處設有伸縮縫，用鋼筋混凝土橋塔代替鋼橋塔，有的還將主纜和加勁梁在跨中固結。其優點是鋼箱梁自重輕，相應可減小主纜截面，降低鋼材用量；鋼箱梁抗扭剛度大，受橫向的風力小，有利於抗風，並大大減小了橋塔所承受的橫向力。缺點是三角形布置的斜吊桿在吊點處的結構複雜。在白錨式懸索橋中，日本的此花大橋是世界上唯一一座英國式的自錨式懸索橋。

（3）其他類型自錨式懸索橋

其他類型白錨式懸索橋採用豎直吊桿和流線形箱梁作為加勁梁，加勁梁的材料可採用鋼材或鋼筋混凝土材料。已建成的鋼筋混凝土自錨式懸索橋都採用這種形式。鋼結構的白錨式懸索橋除有雙層通車要求的採用較多外，還有很多橋樑也採用這種形式，如美國舊金山一奧克蘭海灣新橋。在國內，一般採用鋼筋混凝土材料。採用鋼筋混凝土加勁梁與鋼加勁梁相比有獨特的優點：鋼結構由於要承受主纜傳遞的壓力，為防止鋼結構的壓屈，必須在關鍵的部位增加構件或加大尺寸，這就使造價增加，而採用鋼筋混凝土材料則較經濟，由於混凝土是受壓材料，所以比鋼結構更適於承壓；鋼筋混凝土材料一般做成抗扭剛度大的箱梁截面。

構造特點

自錨式懸索橋是由主纜、加勁梁、主塔、鞍座、錨固構造、吊索等構件構成的柔性懸吊組合體系，橋面重量、車輛荷載等豎向荷載通過吊桿傳至主纜承受，主纜承受拉力，而主纜錨固在梁端，將水平分力傳遞給主梁。由於水平分力的大小與主纜的矢跨比有關，因此可以通過調整矢跨比來調節主梁內水平分力。跨度較大時，可以適當增大矢跨比，以減小主梁內的壓力。反之，跨度較小時，可以適當減小矢跨比，使混凝土主梁內的預壓力適當提高。由於主纜在塔頂錨固，為了儘量減少主塔承受的水平力，必須保證邊跨主纜的水平力與中跨主纜產生的水平力基本相等，這可以通過合理的跨徑比來調節，也可以通過改變主纜的線形來調節。

自錨式懸索橋中的恆載由主纜來承受，而活載還需要由加勁梁來承受，所以加勁梁應採用具有一定抗彎剛度的箱形斷面較為合適。採用混凝土加勁梁，雖然增加了體系的自重，但也增大了體系的剛度。對結構受力而言，自錨式懸索橋將主纜錨固於主樑上，利用主梁來抵抗水平分力，這對於抗壓性能好的混凝土材料來說無疑是提供了免費的預應力，因此採用普通鋼筋混凝土結構，不僅節省了大量的預應力器具，而且經濟性也比鋼加勁梁好。但混凝土的抗拉、抗彎性能較差，在進行受力分析時應綜合考慮這個特點。

自錨式懸索橋的大部分構造和地錨式懸索橋相似，重要的區別在於主纜的錨固方式。白錨式懸索橋巨大的主纜力集中作用於加勁梁梁端，主纜要在有限的空間內實現分束錨固。為了實現主纜與加勁梁傳力順暢、主纜錨固可靠、主纜束股架設張拉方便易行等。白錨式懸索橋的錨固方式主要有以下三種形式：

（1）混凝土結構錨固方式

混凝土結構的主纜錨固方式與普通的錨碇構造比較相近，主纜在散索鞍處散開，分別錨固在錨固體上。錨固體（錨固塊或錨固梁）要求足夠的剛度和強度，以傳遞主纜的拉力。當邊跨為鋼加勁梁時，也可以設計成混凝土錨箱（梁）散開錨固，但鋼加勁梁部分要通過合理的構造措施與混凝土錨固結構連線。混凝土結構錨固方式可分為Ⅰ型（常規錨固形式）與Ⅱ型（通過轉索鞍使主纜轉向，進入墩身，在錨固墩中散開錨固於墩身中）。

（2）鋼結構錨固方式

主纜進入鋼結構錨固體，通過散索鞍散開分別錨固在錨固面上。錨固體通過高強螺栓或者焊縫與鋼箱梁的頂板、底板和腹板相連，將水平分力傳遞給全截面。這種錨固方式往往需要在鋼箱梁內設定配重，橋墩處可能還需設定抗拉支座。

（3）環形錨固方式

主纜束股連續繞在梁段的錨固跨上連線成環形，通過轉索鞍實現束股的轉向。索鞍由箱梁支承，設計成可移動的，以平衡兩主纜的索力差；也可以設計成不能移動的。在施工期間，兩主纜索力差異可通過調整塔頂鞍座來平衡。

此外，自錨式懸索橋主纜拉力的垂直分力將使橋樑的兩端產生上拔力，對此採取以下方法來抵抗這種上拔力：一是在錨塊處設定拉壓支座；二是在主橋和引橋的交接處設定牛腿，從而將引橋的重量壓在主梁上。

施工工藝

自錨式懸索橋施工的特點是一般先架設加勁梁後架設主纜，再安裝吊索最後通過張拉吊索實現體系轉換。因此，加勁梁架設、主纜架設和吊索張拉實施體系轉換是自錨式懸索橋施工的關鍵工序。在施工控制方面，自錨式懸索橋施工要求的精度較地錨式懸索橋要高，加勁梁架設、主纜安裝調整、索塔的偏位變形等都應在監控之下，以使橋樑時刻處於良好的施工控制狀態。

（1）先梁後纜的架設方法

自錨式懸索橋的加勁梁需要承擔和平衡主纜拉力，故施工順序不同於地錨式懸索橋“先纜後梁”的順序，多為“先梁後纜”。加勁梁的施工方法有頂推法、支架法、節段吊裝法和斜拉扣掛法等。

（2）先纜後梁的架設方法

在某些特定條件下，自錨式懸索橋也可以採用“先纜後梁”的架設方法。因為主纜安裝後產生水平力，“先纜後梁”架設法的重點是如何採取有效措施來平衡水平力。

①臨時錨碇法

對於小跨逕自錨式懸索橋，主纜重量較小，可以設定臨時錨碇作為施工期間的臨時抗主纜拉力結構。該方法的施工順序為：先施工主纜錨固節段和臨時錨碇；然後架設主纜，在臨時錨碇和主纜錨固端之間設定調節錨索，平衡主纜錨固產生的水平力；最後通過主纜架設加勁梁。該方法是一種無支架的施工方法，不妨礙河道通航且技術較成熟，但當主纜力從外錨轉換為白錨時，全橋體系轉換較為複雜。

②疊合加勁梁先纜後梁架設法

對於採用疊合加勁梁的自錨式懸索橋，根據疊合梁鋼結構重量較輕的特點，可以採用先纜後梁架設法。該方法採用可承受較大水平力的邊墩錨固主纜，然後利用主纜架設主梁，其施工順序為：①在邊墩上架設錨固段加勁梁，與橋墩臨時連線，該連線可傳遞較大的水平力；②把主纜錨固在墩頂加勁樑上；③架設疊合加勁梁的鋼縱橫樑；④解除加勁梁與橋墩臨時連線，由鋼加勁梁承受主纜水平力；⑤施工混凝土橋面板。該方法為無支架施工，需要橋墩能承受較大的水平力。