陳 新 陳陸杰

（鄭州大學(xué)土木工程學(xué)院，河南 鄭州 450000）

橋梁纜索材料的發(fā)展與前瞻

陳 新 陳陸杰

（鄭州大學(xué)土木工程學(xué)院，河南 鄭州 450000）

隨著大跨度橋梁建設(shè)的日益加大，斜拉橋以及懸索橋等依托纜索受力的橋梁也越來越多地運用到交通運輸中，而索橋中受力的關(guān)鍵材料——纜索材料也在不斷被人們賦予新的性能和含義。本文將對傳統(tǒng)纜索材料和現(xiàn)代纜索材料進行性能和受力的比對分析，并結(jié)合建設(shè)實例總結(jié)現(xiàn)代建筑材料的發(fā)展，并基于對傳統(tǒng)材料、現(xiàn)代材料的對比認識，對纜索材料的未來發(fā)展做簡單的展望。

橋梁；纜索；斜拉橋；懸索橋；現(xiàn)代材料

索橋，也稱吊橋，是利用鐵鏈、皮繩、竹索或藤索等材料作為受力骨干相拼懸吊而起的橋梁，多建于水流湍急或橋墩建設(shè)不便的地區(qū)。始見于秦漢，如秦李冰曾在四川益州城西南建成的一座笮橋，又名“夷里橋”，便是座竹索橋。對索橋而言，纜索材料的性能直接影響到索橋的跨度、施工難度、使用壽命。本文旨在通過對索橋纜索材料的敘述，探究其性能發(fā)展，并對未來做出展望。

1 纜索材料的性能及其發(fā)展

纜索材料在索橋中的應(yīng)用，主要集中在對橋面的承拉上，運用傳統(tǒng)纜索材料例如竹索、鐵索的橋梁，主要利用其優(yōu)良的抗拉特性。對于竹索和藤索而言，受拉性能較差，局限于長度不大，同時承載物質(zhì)量較小，受拉強度要求較低的情況，其運用已經(jīng)基本退出現(xiàn)代交通運輸；對于鐵索而言，其受拉性能較好，相對于竹索和藤索已經(jīng)有了革命性的發(fā)展，但其應(yīng)用仍然較為局限。

隨著社會的發(fā)展，人們對橋梁的跨度有了更高的要求，與此同時，人們對索橋中纜索材料的性能也有了更高的要求。以熱鍍鋅高強度鋼絲、鋼絞線、鋼絲繩為代表的鋼材料逐漸成為纜索材料的主力軍。其具有高強度、低松弛預(yù)應(yīng)力、不需接頭和焊接等性能，并逐漸向更高技術(shù)、高質(zhì)量、高效益發(fā)展。

2 傳統(tǒng)纜索材料在索橋中的應(yīng)用

2.1 傳統(tǒng)索橋的基本形式。傳統(tǒng)的索橋主要以吊橋為主，主要由橋塔（包括基礎(chǔ)）、主纜、錨碇、吊索及橋面結(jié)構(gòu)等組成。由于材料的性能、建設(shè)條件和施工工藝的限制，傳統(tǒng)索橋跨度不大，以竹索、藤索作為纜索材料的索橋難以承載重物；以鐵索作為纜索材料的索橋，其后期的維護工程需要投入較多精力。

2.2 竹索在索橋中的應(yīng)用?？偨Y(jié)古代索橋，不難看出，其運用的地方多在山區(qū)峽谷或者地形突變地段，索橋的建設(shè)適應(yīng)了地區(qū)橋墩建設(shè)不便的特點，同時其材料在橋梁結(jié)構(gòu)中承受簡單的拉力。為了使竹索具有足夠的抗拉性能，在節(jié)點上，大多采用多種固定結(jié)合的方式。在吊索的處理中，盡量使吊索豎直、均長且每根吊索都能充分發(fā)揮它的作用。在橋梁做成后，承受多吊索的拉力，類似于現(xiàn)代橋梁中的懸索橋。在外界力的作用下，主纜會明顯承擔(dān)巨大的剪力，故對主纜的要求非常高。因而以竹索為纜索主要材料的索橋需要將纖維材料加固，或者對其節(jié)點處做減小剪應(yīng)力的處理。

2.3 鐵索在索橋中的應(yīng)用。鐵索橋的出現(xiàn)較竹索橋、藤索橋較晚。隨著工業(yè)社會的發(fā)展和對鐵的大量應(yīng)用，鐵因為較為優(yōu)異的抗拉性能，被廣泛運用到索橋材料中。采用彎折的鐵棍或采用鐵環(huán)方式，均可以較為方便地在橋梁上進行設(shè)置。

3 現(xiàn)代纜索材料在索橋中的應(yīng)用

對于斜拉橋，索塔兩側(cè)是對稱的斜拉索，通過斜拉索將索塔主梁連接在一起。假設(shè)索塔兩側(cè)只有兩根斜拉索，左右對稱各一條。這兩根斜拉索受到主梁的重力作用，對索塔產(chǎn)生兩個對稱的沿著斜拉索方向的拉力。根據(jù)受力分析，左、右兩邊的力均可以分解為水平向的一個力和豎直向下的一個力。由于這兩個力是對稱的，所以水平向左和水平向右的兩個力互相抵消了，最終主梁的重力成為對索塔的豎直向下的兩個力，這樣，力又傳給索塔下面的橋墩了。斜拉索數(shù)量再多，道理是一樣的。之所以要很多條，主要是為了分散主梁給斜拉索的力。

對于懸索橋，其中自錨式懸索橋的上部結(jié)構(gòu)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承受，主纜承受拉力，而主纜錨固在梁端，將水平力傳遞給主梁。由于懸索橋水平力的大小與主纜的矢跨比有關(guān)，所以可以通過矢跨比的調(diào)整來調(diào)節(jié)主梁內(nèi)水平力的大小。一般來講，跨度較大時，可以適當(dāng)增加其矢跨比，以減小主梁內(nèi)的壓力；跨度較小時，可以適當(dāng)減小其矢跨比，使混凝土主梁內(nèi)的預(yù)壓力適當(dāng)提高。由于主纜在塔頂錨固，為了盡量減少主塔承受的水平力，必須保證邊跨主纜內(nèi)的水平力與中跨主纜產(chǎn)生的水平力基本相等，這可以通過合理的跨徑比來調(diào)節(jié)，也可以通過改變主纜的線形來調(diào)節(jié)。另外，自錨式懸索橋中的恒載由主纜來承受，而活載還需要由主梁來承受，所以主梁必須有一定的抗彎剛度，主梁的形式以采用具有一定抗彎剛度的箱形斷面較為合適。結(jié)合纜索材料在現(xiàn)代索橋中的受力特點，可以看出，對現(xiàn)代纜索材料提出了高的要求，包括更高的強度、更好的穩(wěn)定性、更優(yōu)異的抗拉性能。這也就使得以高強度鋼絲為代表的鋼絲制品成為纜索材料的主力軍。鋼絲索、鋼絞線索、鋼絲繩索以及不同受力、不同構(gòu)造位置的應(yīng)用纜索材料，提供了更優(yōu)異的材料性能，為纜索橋梁跨度的進一步提升提供了可能。

4 對纜索材料的展望

纜索材料作為索橋結(jié)構(gòu)中的重要組成部分，其抗拉強度、穩(wěn)定性、耐腐蝕性等性能一直是關(guān)注的焦點。未來纜索材料的發(fā)展，以研發(fā)抗拉性能更加優(yōu)異的纜索為主，同時積極探索抗腐蝕性及穩(wěn)定性能更為優(yōu)越的基礎(chǔ)材料；纜索結(jié)構(gòu)方面，截面設(shè)計會做更多力學(xué)突破；就索橋整體而言，纜索材料也將更注重性能與橋梁的整體配合，力求在智能化及適配化上取得新突破。

[1]葉覺明.大跨度橋梁纜索結(jié)構(gòu)對鋼絲及其制品的技術(shù)要求[J].金屬制品，2009，35（4）：58-62.

[2]徐文雷，欒佰峰等.橋梁纜索用超高強度鍍鋅鋼絲的研制[J].金屬制品，2010，36（2）：27-31.

TU599

A

1671-0037（2014）07-32-1

陳新（1992-），男，在讀本科。