也稱吊橋。主要承重結構由纜索(包括吊桿)、塔和錨碇三者組成的橋樑。其纜索幾何形狀由力的平衡條件決定,一般接近拋物線。從纜索垂下許多吊桿,把橋面吊住,在橋面和吊桿之間常設置加勁梁,同纜索形成組合體系,以減小活載所引起的撓度變形。

  現代懸索橋,是由索橋演變而來(見橋樑工程發展史)。適用範圍以大跨度及特大跨度公路橋為主,是當今跨度超過1000米的唯一橋式。

  結構主要類型 ①不設加勁梁的柔式懸索橋(圖1a),僅在活載對恒載的比值較小時采用;②隻主跨吊於懸索並在該跨設加勁梁(圖1b),如有邊跨則邊跨用獨立的簡支梁;③三跨吊於懸索,加勁梁為三跨簡支梁(圖1c);④三跨吊於懸索,加勁梁為三跨連續梁(圖1d);⑤自錨式懸索橋(圖1e),和組合體系橋中的系桿拱相似,其懸索的水平拉力不傳給錨碇基礎,而是傳給加勁梁;⑥纜索中段同加勁桁架上弦合為一體(圖1f),在纜索用眼桿組成時,構造並不復雜,可節省材料並提高剛度。

  構造 纜索 過去曾用竹索、鐵索、調質鋼眼桿,現主要使用冷拔碳素鋼絲制成下列三種形式:①平行絲大纜,常用J.A.羅佈林所發明的“空中編纜法”就地制造,現今跨度750米以上的橋都使用此法;②由鋼絲繩組成的鋼絲繩纜,施工較快,但其彈性模量較低,隻適用於跨度較小的橋;③由平行鋼絲繩股組成的大纜,繩股可在工廠預制,保持瞭平行絲大纜的優點,並在施工上有所改進。

  空中編纜法是在纜索全長范圍內設置一無端繩圈,將攜絲滑輪固定其上。再將一岸橋頭的卷筒(絲盤)鋼絲引套於攜絲滑輪,驅動無端繩圈,即將兩股鋼絲帶到對岸。對岸將鋼絲卸下套在錨固用的靴跟形鑄件(索靴)上,並將對岸的卷筒鋼絲引套於攜絲滑輪,驅動無端繩圈,將對岸的鋼絲帶回原岸。在同一纜索內的所有鋼絲都這樣編好後,在纜索截面外圍用若幹千斤頂將鋼絲擠緊,再用軟鋼絲密纏,使其幾何尺寸穩定,並具有良好抗銹性。采用這一構造的美國佈魯克林橋,建於1883年,其纜索至今完好。

   以往曾用石塔,今則以鋼塔為主,有時也用鋼筋混凝土塔。到60年代,美國仍采用鉚接多室鋼箱形截面,英國則開始采用栓焊結構,並將箱形截面從多室改為單室,以節約鋼材。因纜索在塔頂有一轉角,其支承須設鞍式構造(稱為索鞍)。當橋承受荷載時,索鞍將因兩側纜索伸長量不等而發生縱向線變位。由於將底端固定於橋墩的鋼塔能在塔頂發生相應的彈性變位,故索鞍可以固結於塔頂;對於不能發生較大彈性變位的“剛性塔”,其索鞍下需設輥軸,使之像梁式橋活動支座那樣活動(見橋梁支座)。

  錨碇 纜索的拉力通過灌築在混凝土中的鋼質構件傳遞給混凝土和地基。當地基為堅實巖層時,隻需順纜索方向鑿一隧道(坑洞),將固定纜索的鋼質構件置於其中,再用混凝土將隧道填實即成。這種錨碇稱隧道式。當地基沒有巖層可利用時,則需灌築巨型混凝土塊,憑重量及相應的摩阻力來抵抗拉力。這種錨碇稱重力式。

  懸索橋概況 當前世界上的懸索橋以美國最發達;英國次之,並於最近建成世界上最大跨度的懸索橋。日本則有幾座大跨度公鐵兩用懸索橋正在施工。

  美國懸索橋 美國在1883年建成主跨為487米的佈魯克林橋,是早期著名的懸索橋,采用從塔頂輻射至加勁梁的許多斜纜,以增加抗風穩定性,雖不甚美觀,卻從構造上提供瞭抗禦風害的榜樣。1909年建成的曼哈頓橋(主跨為448米),采用瞭“撓度理論”,即在內力分析中將荷載使結構產生撓度的影響考慮進去,它標志著長跨懸索橋在靜力分析上的成熟。在1931年跨越哈得孫河的喬治·華盛頓橋,以單層橋面8條車道通車,其主跨為1066.8米,一躍而為前紀錄安巴薩德橋跨度564米的兩倍。它是按雙層車道設計,加勁梁采用桁架式,另有6車道佈置在下弦。全橋有纜索4根,每根外徑為0.9米,各由直徑5毫米的鋼絲26474根組成。分為左右兩對,中心距為32.31米,對主跨度的比為1:33。在其以8車道通車的30年內,它的加勁桁架尚未建造,以“柔式”懸索橋的輕盈姿態成功地抵抗瞭風力的襲擊。嗣因交通量增長,在1962年按原計劃將加勁梁及下層橋面建成。1937年建成的金門橋主跨更大,為1280.2米,加勁梁仍取桁架式(高度為7.62米),橋的寬跨比降到1:47。它在風力作用下的振幅已引起註意。1940年建成的塔科馬海峽(Tacoma Narrows)橋,主跨為853.4米,加勁梁采用鋼板梁式,高度僅2.42米,高跨比為1:350,寬跨比更降到1:72,由兩道鋼板梁和一層不透風橋面組成的開口截面橋跨結構(橋身),其抗扭能力很弱。當風從側面吹來時,因橋身的阻擋,分為上下兩股不穩定的旋渦越過橋身,旋渦對橋身的吸力和壓力產生扭矩和彎矩,使橋身振動加劇。1940年11月7日,在風速僅19米/秒的持久襲擊下,橋面上下振幅近9米,左右扭轉達45°角,加勁梁、橋面、吊桿相繼破壞。這就是聞名的塔科瑪橋事故。對於有50年不曾發生這類風害事故的橋梁界來講,這是使人震驚的大事故。事後美國學者在進行空氣動力穩定理論研究和風洞試驗的基礎上,提出防止懸索橋風害的兩項措施:①用透風結構削弱渦流的吸力及壓力。例如采用桁架式加勁梁,在橋面設置透風縫。②提高橋身結構的抗扭及抗彎剛度。例如加寬橋身,加高加勁桁架梁,在左右兩主梁間設置強大的聯結系。1950年采用這兩項措施利用原橋墩將塔科馬新橋建成後,美國繼續在懸索橋興建中取得新成績,如1964年建成瞭主跨為1298.2米的韋拉紮諾海峽橋。(見彩圖)

美國韋拉紮諾海峽橋,世界上大跨度公路懸索橋之一,主跨1298.4米,1964年建成 美國駐華大使館供稿

  英國懸索橋 1879年的英國泰灣(Firth Tay)橋的風害事故(見橋梁事故),曾使歐洲人對於易遭風害的懸索橋避而不談達70年之久。到50年代,在美國對塔科馬橋的事故研究取得進展時,英國人對於興建福斯灣橋和塞文河橋展開研究。福斯灣橋主跨達1006米建於1964年,在抗風措施中采用瞭美國建議,加勁梁用桁架式。但為減輕恒載、節省鋼材,其主橋采用正交異性鋼橋面板。從風洞模型試驗得知:若將加勁梁做成扁平而兩頭尖的流線箱型,使風力分成上下兩股,則幾乎不發生渦流而沿其表面滑過,從而結構所受的風壓、扭矩、彎矩都可以大大減小。塞文河橋於1966年建成,在加勁梁設計方面采用瞭這一建議,其上緣按正交異性板佈置,兼充橋面(圖2);因其所受的風壓減小,纜索和塔相應受力減小,使其用鋼量更為節省。盡管塞文河橋主跨986.6米約為福斯灣橋主跨的98%,但其用鋼量(14490噸)僅為後者的65%。它的吊桿稍形傾斜,可對鋼纜和橋面間的相對位移起約束作用,並增加瞭結構體系的剛度,有助於橋面震蕩的衰減,但吊桿佈置及構造稍嫌復雜。

  此後,丹麥小貝爾特橋(主跨600米)、土耳其博斯普魯斯海峽橋(1973年建,主跨1074米)、英國亨伯橋都因采用流線型焊接箱梁而在經濟上受益。斜張橋也吸取瞭這一經驗。最近風洞模型試驗結果又提出:若在加勁梁橫截面兩端設置風嘴(尖角)或導流器,並減小梁高對寬度之比,則對抗風性能的改進更為有益,而對保持下緣連續,使梁截面呈閉合箱形,則無必要。(見彩圖)

英國亨伯橋,目前世界上跨度最大(1410.8米)的公路懸索橋,1981年建成

土耳其博斯普魯斯海峽橋,聯結歐亞大陸的公路懸索橋,主跨1074米,1973年建成

  日本懸索橋 從60年代起,日本對興建長跨懸索橋很積極。1973年將主跨712米的關門橋建成,為在本州、四國間興建三條聯絡橋的工作提供瞭經驗。三條聯絡橋中,有兩條的橋梁為公鐵兩用橋。鳴門公鐵兩用懸索橋主跨876米,已於1985年建成。明石海峽公路橋的主跨計劃達1990米,由於鐵路活載產生的加勁梁梁端伸縮量和角變位相當大,特采用緩沖梁,使這兩種變位分散;為改進抗風性能,結構的形狀及尺寸均用風洞模型試驗決定;為改進抗地震性能,進行瞭動力模型試驗及振動分析;為避免疲勞開裂,進行瞭桁架節點大型試件疲勞試驗。

  中國懸索橋 20世紀30~40年代,中國開始采用鋼絲繩纜修建懸索橋。1940年建成的滇緬公路昌淦瀾滄江橋的主跨為135米,用輕型鋼桁架做加勁梁。1948年在雲南建成繼成橋,為跨度140米的柔式懸索橋。中華人民共和國成立後,1951年在四川瀘定建成大渡河新橋,跨度為130米。其後30多年來曾建成一批懸索橋,如在四川省渡口市建成跨度172與185米的懸索橋各一座;又如1969年在重慶建成瞭朝陽橋,主跨186米,為瞭消滅加勁梁的S形撓曲,采用瞭雙懸索式,加勁梁是由鋼筋混凝土橋面板和鋼梁結合而成的箱形梁(見實腹梁橋)。1985年在西藏建成的達孜拉薩河橋跨度達415米。

  

參考書目

 H.Shirley-Smith,The World's Great Bridɡes,PhoenixHouse,London,1964.

 小西一郎著,戴振藩譯:《鋼橋》⑤,人民鐵道出版社,北京,1981。(小西一郎編,《鋼橋》,丸善株式會社,東京,1976。)