懸索橋的構(gòu)造特點(diǎn)

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(fēng)、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(jì)50年代以前幾乎都是采用鋼塔，其主要優(yōu)點(diǎn)足施工速度快、質(zhì)量容易保證、抗震性能好。直到1959年，法國(guó)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(guó)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(gè)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(lái)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(guò)錨固系統(tǒng)將主纜索股拉力分散開來(lái)。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(dòng)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(jiān)實(shí)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(jì)。美國(guó)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(jī)理小明確的缺點(diǎn)。美國(guó)食門大橋原設(shè)計(jì)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(jī)理不明確?？偣こ處煾淖儧Q定，全部采用最力式錨碇。

有堅(jiān)實(shí)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(lái)抵抗主纜的水平力。例如我國(guó)1995年建成的汕頭海灣火橋，就是利用兩岸體巖層，設(shè)計(jì)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(guò)錨桿、后錨梁、錨塊混凝土均勻傳遞給基巖?；㈤T大橋的東錨碇也為山后重力式錨。若堅(jiān)實(shí)基巖位于橋面之下深度不過(guò)30～50 m，可修建直接坐落在基巖上的錨塊，若堅(jiān)實(shí)持力層埋深更大，而設(shè)計(jì)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(jià)比較昂貴?；㈤T大橋的西鋪?lái)只A(chǔ)原設(shè)計(jì)為沉井加樁基方案，后經(jīng)細(xì)探，發(fā)現(xiàn)基巖嚴(yán)重不平，沉井施工將會(huì)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(qiáng)度大、截面密度大、結(jié)構(gòu)延伸率小、彈性模量大、疲勞強(qiáng)度大、徐變小、運(yùn)用簡(jiǎn)單、易架沒錨固和防銹容易和價(jià)格便宜。

主纜由若干通長(zhǎng)的鋼絲繩或平行鋼絲組成。在20世紀(jì)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(duì)用預(yù)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(guò)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(dāng)絲股根數(shù)不多時(shí)，用主纜成形器來(lái)保持其相對(duì)位置比較方便。將兩平邊放在豎直位置，其優(yōu)點(diǎn)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(fēng)，使各絲股濕度容易一致，有利于保證絲股長(zhǎng)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?？珧T式連接時(shí)鋼絲繩吊索跨越索夾上預(yù)留的槽口吊掛在主纜上，通過(guò)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(fēng)載等作用下產(chǎn)生的縱向位移引起吊索擺動(dòng)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(gè)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(fēng)性好，豎向剛度大，但其高度和自重大，從而導(dǎo)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(fēng)面積小，截面抗扭剛度大，可以有較高的抗風(fēng)穩(wěn)定性，并因梁高低、自重小可以減少全橋造價(jià)，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(tái)上直接支承主鋼纜并將主纜的荷載傳遞至常塔和橋臺(tái)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(shí)也起到使主纜在塔頂處平緩過(guò)渡、減少主纜過(guò)塔頂時(shí)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(dāng)懸索橋邊跨較大時(shí)，主纜在邊跨靠近錨室的坡度平緩，為使主纜能進(jìn)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(gè)錨固點(diǎn)。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(yùn)動(dòng)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(tái)部分的支架等處，主要是改變主鋼纜在豎直面內(nèi)的方向。