懸索橋的構(gòu)造特點

陳 靜

(哈雙高速公路管理處)

1 索塔

索塔是懸索橋的承要結(jié)構(gòu)，不僅承受直接作用于橋塔本身的風、地震、溫度等荷載，還要承受主纜、加勁梁等懸索橋懸吊結(jié)構(gòu)的自重以及作用于懸索橋體系上的活載、溫度等荷載。

大跨度懸索橋的索塔在20世紀50年代以前幾乎都是采用鋼塔，其主要優(yōu)點足施工速度快、質(zhì)量容易保證、抗震性能好。直到1959年，法國建成主跨608m的其坦卡維爾懸索橋，才開始采用混凝土橋塔。我國新近建造的幾座大跨度懸索橋(汕頭海灣大橋、虎門大橋、西陵大橋、江陰大橋)全都是采用混凝土橋塔。塔的施工與斜拉橋橋塔基本上相同。

在構(gòu)造形式上，橋塔多采用門架式結(jié)構(gòu)或塔柱間用斜撐連接。借此使整個橋塔在橫向成為能承受主纜和橋面系上全部橫向荷載的剛性結(jié)構(gòu)。

2 錨碇

錨碇是錨塊基礎(chǔ)、錨塊、鋼纜的錨碇架及同定裝置等的總稱，它不僅抵抗來自主纜的豎直反力，而且抵抗主纜的水平力。錨塊是直接錨固主纜的結(jié)構(gòu)，它通過錨固系統(tǒng)將主纜索股拉力分散開來。錨塊與其下面的錨碇基礎(chǔ)連成一體抵抗因主纜拉力產(chǎn)生的錨碇滑動及傾倒。錨碇的形式可分為重力式和隧道式。目前，世界上已建懸索橋絕大部分采用了重力式錨碇。這除了與錨碇所處的地形、地質(zhì)條件有關(guān)外，電與主纜架設(shè)方法、錨碇施工方法有關(guān)。

一般而言，若錨碇處有堅實巖層靠近地表，修建隧道錨(或稱巖洞式錨)有可能比較經(jīng)濟。美國華盛頓橋新澤西岸錨碇是隧道式，其混凝士用量為22 200 m3，儀為紐約岸錨碇所用混凝土及花崗巖鑲面工程量107 000 m3的21%，但隧道錨有傳力機理小明確的缺點。美國食門大橋原設(shè)計兩端部都用隧道錨，但考慮到隧道錨塊混凝土將力傳給周圍基巖機理不明確。總工程師改變決定，全部采用最力式錨碇。

有堅實基巖層靠近地表也可以采用重力式錨，讓錨塊嵌入基巖，使位于錨塊前的基巖憑借承壓來抵抗主纜的水平力。例如我國1995年建成的汕頭海灣火橋，就是利用兩岸體巖層，設(shè)計為重力前錨式錨碇(錨塊兜住石質(zhì)山頭，抵抗主纜拉力)。巨大的主纜拉力通過錨桿、后錨梁、錨塊混凝土均勻傳遞給基巖。虎門大橋的東錨碇也為山后重力式錨。若堅實基巖位于橋面之下深度不過30～50 m，可修建直接坐落在基巖上的錨塊，若堅實持力層埋深更大，而設(shè)計意圖是使荷載完全傳至該持力層，則必須設(shè)置沉井、沉箱、大直徑樁(含斜樁)等深基礎(chǔ)。這樣的錨碇造價比較昂貴。虎門大橋的西鋪碇基礎(chǔ)原設(shè)計為沉井加樁基方案，后經(jīng)細探，發(fā)現(xiàn)基巖嚴重不平，沉井施工將會遇到很大困難，遂改為地下連續(xù)墻方案。如果將地基在荷載之下的各種變形予以充分考慮，也可以采用淺基礎(chǔ)。

3 主纜

主纜是懸索橋的主要承重構(gòu)件，要求其單位有效截面的抗拉強度大、截面密度大、結(jié)構(gòu)延伸率小、彈性模量大、疲勞強度大、徐變小、運用簡單、易架沒錨固和防銹容易和價格便宜。

主纜由若干通長的鋼絲繩或平行鋼絲組成。在20世紀60年代曾采用的封閉式鋼絞線鋼纜，因其加工困難、成本高，現(xiàn)巳較少采用。

平行線鋼纜截面內(nèi)的鋼絲往往排列成正六邊形，以便于主纜截面經(jīng)緊纜作業(yè)最終被壓緊成圓形。

對用預制索股法形成的平行線鋼纜，為使主纜的構(gòu)造同其錨固相適應(yīng)，纜內(nèi)鋼絲分成若干根絲股(索股)，每股一般不超過127絲。為便于主纜截面壓緊成圓形。將兩平邊放在水平位置，這樣擺法當絲股根數(shù)不多時，用主纜成形器來保持其相對位置比較方便。將兩平邊放在豎直位置，其優(yōu)點是絲股分成幾豎列，可以在各一簪列之間插入分隔片，有助于絲股間的通風，使各絲股濕度容易一致，有利于保證絲股長度調(diào)整的精度。

4 懸吊結(jié)構(gòu)

懸吊結(jié)構(gòu)是為了將懸索橋的橋面支掛在主纜上的全部結(jié)構(gòu)，也就是吊桿、加勁梁、橋面系的總稱。

吊桿(索)連接主鋼纜和加勁粱，將加勁梁的恒載及其上的活載傳至主纜。吊桿與主鋼纜的連接方式通常有跨騎式和銷接式兩種。跨騎式連接時鋼絲繩吊索跨越索夾上預留的槽口吊掛在主纜上，通過槽口的喇叭構(gòu)造允許吊索在順橋向有微量的擺幅，以避免由于主梁在活載、溫度、風載等作用下產(chǎn)生的縱向位移引起吊索擺動造成的彎折。吊桿與索夾以銷形式連接的稱為銷接式，它既可用于鋼絲繩吊索，亦可用于平行鋼絲束吊索。吊索與加勁粱的連接方式因加勁梁的截面形式不同而不同。

現(xiàn)代懸索橋鋼加勁梁的截面形式大部分為桁架及扁平箱梁，個別有如香港青馬橋那樣的空腹桁架式箱梁。桁架式加劫梁透風性好，豎向剛度大，但其高度和自重大，從而導致加勁梁、主纜、索塔及錨碇工程量增大;流線型鋼箱梁結(jié)構(gòu)輕巧美觀，梁高低，受風面積小，截面抗扭剛度大，可以有較高的抗風穩(wěn)定性，并因梁高低、自重小可以減少全橋造價，此類鋼箱加勁粱在世界范圍內(nèi)得到廣泛應(yīng)用。

5 鞍座

鞍座是在塔頂及橋臺上直接支承主鋼纜并將主纜的荷載傳遞至常塔和橋臺的裝置，鞍座大致可分為主索鞍、散索鞍和副鞍座。

主索鞍是布置于塔頂用于支撐主纜的永久性大型構(gòu)件。其功能足承受主纜的豎向壓力，并將主纜的豎向壓山均勻地傳遞到橋塔上，同時也起到使主纜在塔頂處平緩過渡、減少主纜過塔頂時的彎折應(yīng)力的目的。

根據(jù)傳力方式、制作方法和結(jié)構(gòu)組成等。

當懸索橋邊跨較大時，主纜在邊跨靠近錨室的坡度平緩，為使主纜能進入錨室內(nèi)錨固，須設(shè)置散索鞍。散索鞍的主要功能是把構(gòu)成主鋼纜的鋼絲束在豎直方向和水平方向上散開，并引入各個錨固點。散索鞍按制作方式有全鑄式、鑄焊式和全焊式之分。依據(jù)縱向運動所需的構(gòu)造形式又可分為滾軸式和擺軸式。

副鞍座也稱側(cè)塔鞍座，設(shè)置于支架塔和橋臺部分的支架等處，主要是改變主鋼纜在豎直面內(nèi)的方向。