淺談三汊磯自錨式懸索橋

【摘 要】本文從三汊磯大橋談起，詳細闡述了自錨式懸索橋的構造、受力特點、優缺點、體系轉換及發展趨勢。

【關鍵詞】三汊磯;大橋自錨式;懸索橋體系;轉換線形調整

0.引言

湘江三汊磯大橋是一座典型的懸索橋。和拱橋不同的是，作為承重結構的拱肋是剛性的，而作為承重結構的懸索則是柔性的。為了避免在車輛駛過時，橋面隨著懸索一起變形，現代懸索橋一般均設有剛性梁（又稱加勁梁）。橋面鋪在剛性梁上，剛性梁吊在懸索上。現代懸索橋的懸索一般均支承在兩個塔柱上。塔頂設有支承懸索的鞍形支座。承受很大拉力的懸索的端部通過錨碇固定在地基中，個別也有固定在剛性梁的端部者，稱為自錨式懸索橋。

1.三汊磯懸索橋構造

對于懸索橋而言，主纜是最主要的受力構件。三汊磯大橋是自錨式懸索橋。采用隔構式鋼索箱，最大程度的節省了材料。和主纜相連的是吊桿，用索夾固定。吊桿下方和橋面相連。橋塔是空心的，從橋面看過去呈H型。原先設計的橋塔為三道橫梁，但讓人感覺太壓抑，經過理論考證，最終取消了中間一道，加粗上下兩道。橋塔上方橫梁切角做圓，緩和應力集中。塔上有鞍室，內部為鞍座。上橫梁地面到塔頂圓柱底座共計高1893mm，預示著毛主席的出身年月；三階梯預示著長沙橋梁建設的“三步走”。

在懸索橋的長吊桿間還有一個特殊的裝置——減震器，減小風雨天氣時吊桿的震動。主橋和引橋間設有風嘴，有流線型和斜線型，減小大風對橋梁的影響。

2.自錨式懸索橋受力特點

自錨式懸索橋的上部結構包括：主梁、主纜、吊桿、主塔四部分。傳力路徑為：橋面重量、車輛荷載等豎向荷載通過吊桿傳至主纜，主纜承受拉力，而主纜錨固在梁端，將水平力傳遞給主梁。自錨式懸索橋中的主梁具有一定抗彎剛度、與主纜共同承受活載。主纜拉力的水平分力在橋梁的上部結構中產生壓力，其垂直分力將使橋梁的兩端產生上拔力。為抵抗這種上拔力，可增加主纜錨固區重量，或在錨塊處設置拉壓支座，還可在主橋端部設置牛腿，將引橋的重量壓在主梁上。

當主梁采用混凝土材料時，必須計入混凝土的收縮/徐變等非線性因素的影響，這就使得混凝土自錨式懸索橋的受力較鋼橋更為復雜。

在鋼箱梁采用頂推施工時，鋼箱梁截面會受到較大的反復附加應力，其中一部分附加應力并可能殘留到運營階段。

3.懸索橋優缺點

3.1優點

相對于其它橋梁結構懸索橋可以使用比較少的物質來跨越比較長的距離。懸索橋可以造得比較高，容許船在下面通過，在造橋時沒有必要在橋中心建立暫時的橋墩，因此懸索橋可以在比較深的或比較急的水流上建造。

懸索橋比較靈活，因此它適合大風和地震區的需要，比較穩定的橋在這些地區必須更加堅固和沉重。

3.2缺點

懸索橋的堅固性不強，在大風情況下交通必須暫時被中斷。

懸索橋不宜作為重型鐵路橋梁。

懸索橋的塔架對地面施加非常大的力，因此假如地面本身比較軟的話，塔架的地基必須非常大和相當昂貴。

4.體系轉換及線形調整引發的問題

體系轉換和成橋線形調整是自錨式懸索橋區別于地錨式懸索橋的又一特殊工序，也是最復雜的工序。在該工序中，結構受力模型、體系內（應）力、變形都會發生極大變化。如：

（1）主纜將由低拉應力狀態過渡到高拉應力狀態，由自重懸垂線形過渡到成橋拋物線形。

（2）吊索將由零拉應力狀態過渡到設計應力狀態。

（3）加勁梁將由零軸向壓應力狀態過渡到高軸向壓應力狀態，受力體系將承的多跨連續梁過渡到彈性支承多跨懸吊連續梁，線形將會發生多次變化。

（4）支架和臨時墩將由高壓應力狀態過渡到零壓應力狀態，同時產生彈性回彈。

（5）體系轉換過程中，混凝土加勁梁支座將隨梁的彈性壓縮而產生水平位移，橋墩將承受水平力等等。

橋梁施工經驗表明，體系轉換過程中最容易發生重大施工安全事故和工程質量問題。為了順利完成體系轉換，防止發生安全事故，通常要求按照“平穩、平衡、逐步過渡”原則，擬定合理的轉換程序；進行精細的計算、測量；嚴格及時地監控體系狀態。; 成橋線形調整精度對橋梁使用期的受力和變形影響很大，也是一個重要工序。由于二期恒載較大（約為一期恒載的17%～20%），為了盡可能符合設計線形和內力分布，一般在體系轉換后施工橋面鋪裝，然后再進行主纜及橋面線形調整。

5.自錨式懸索橋發展趨勢

現代自錨式懸索橋的大量涌現，表明這一結構新穎、造型美觀的橋型歷經一個半世紀的洗禮，目前已經進入了蓬勃發展的階段。目前主要有以下發展趨勢：

5.1橋型布置

自錨式懸索橋橋型布置多種多樣。目前主要有雙塔三跨，單塔雙跨等結構形式，今后也可能建造多塔自錨式懸索橋。主纜線形上也會有所變化。

5.2加勁梁及纜索系統

隨著自錨式懸索橋跨度的不斷增大，加勁梁的軸壓力和纜索支承系統的體系轉換已成為控制設計的關鍵，修建大跨度自錨式懸索橋將面臨較大的挑戰。因此，提高材料強度，增加跨越能力，減少恒載，研發新型材料，以及便捷體系轉換和加快施工進度，都是今后研究的重要課題。

5.3架設方法

傳統自錨式懸索橋采用“先梁后纜”的施工方法，需要搭建大量臨時支架以安裝主梁，這在一定程度上限制了這種橋型的推廣，已成為阻礙自錨式懸索橋廣泛應用的一個主要因素。

目前已經出現了“先纜后梁”的施工工藝。 [科]

【參考文獻】

［１］沈洋.江東大橋空間纜自錨式懸索橋體系轉換分析研究，上海公路，N.1，2009．