李曉東 郭亮

【摘要】自錨式懸索橋取消了龐大的錨碇，將主纜直接錨固在梁端，不僅降低了造價，更使不宜修建錨碇的地方修建懸索橋成為可能。21世紀初，自錨式懸索橋被稱為新橋型，登上中國橋梁舞臺，發(fā)展速度非常快，大有成為“時尚”橋型的趨勢。但自錨式懸索橋并不是新橋型，受體系特點和施工方法的限制，其跨越能力有限，審美表現(xiàn)力不會很突出，所以有必要對這種橋型的合理性作科學的反思。

【關鍵詞】自錨式懸索橋；發(fā)展；橋型；體系特點；施工方法；反思

1自錨式懸索橋的歷史回顧

1859年，奧地利工程師Langer第一次提出自錨式懸索橋的設想，但美國工程師Bender于1867年搶先申請了專利。1870年，Langer在波蘭率先建成了世界第一座小跨度的試驗橋，成為第一位自錨式懸索橋的實踐者。

1915年，德國工程師在建造跨越萊茵河的科?。↘?ln）-Deutz橋時，因美學考慮希望選擇懸索橋方案，但由于軟土地基不宜建造錨碇，最后決定采用自錨式懸索橋，主跨184.5米的該橋取得了成功，在國際上產(chǎn)生了很大的影響。

1929至1939年的十年間，德國萊茵河上又建成了四座自錨式懸索橋，其中最著名的是主跨達315米的K?ln-Mülheim橋。

1990年，日本工程師在建造主跨300米的大阪Konohona橋時采用了Leonhardt單索面自錨式懸索橋的思想，但用斜吊桿以增加剛度，并用預張力解決吊桿的疲勞問題。

中國自2000年以來，已建成了二十幾座自錨式懸索橋，已形成了一股自錨式懸索橋的熱潮。

2006年，我國建成了主跨350米的自錨式懸索橋——佛山平勝大橋，獨塔四索面雙門塔結構，頂推法施工主梁。

2008年，我國建成了跨徑組合為47+167+219+47米，總長480米的獨塔自錨式懸索橋——廣州獵德大橋和主跨260米，邊跨83米，雙塔采用中央獨柱，三維空間主纜的自錨式懸索橋——杭州江東大橋。

2自錨式懸索橋的發(fā)展趨勢【1】

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

（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。

（2）加勁梁及纜索系統(tǒng)

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(tǒng)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(zhàn)。因此，提高材料強度，增加跨越能力，減少恒載，研發(fā)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。

（3）架設方法

傳統(tǒng)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(jīng)出現(xiàn)了“先纜后梁”的施工工藝。

3 自錨式懸索橋橋型方案合理性的反思

圖1 自錨式懸索橋結構圖

自錨式懸索橋（圖1）與傳統(tǒng)懸索橋（地錨式懸索橋）的最大區(qū)別有兩個：其一，主纜錨固于邊跨加勁梁（即錨跨），因而可以利用加勁梁的水平支承能力來平衡（傳遞、支承）主纜水平分力，利用錨跨自重來平衡主纜拉力的豎向分力，節(jié)省龐大的錨碇工程，在地質條件差或深水橋位，這個優(yōu)點十分突出；其二，可以利用主纜水平分力為加勁梁提供壓應力，因而加勁梁可采用普通鋼筋混凝土結構，節(jié)省預應力費用。

深入分析已建成的自錨式懸索橋發(fā)現(xiàn)，上述兩大優(yōu)點是局限的，同時也會引發(fā)一些新問題或負效應，分述如下：

（1）主纜水平分力改變了加勁梁的受力方式，提高了鋼箱梁的應力水平，大大增加了用鋼量和工程費。

（2）邊跨普通鋼筋混凝土加勁梁的總費用高于預應力梁。自錨式懸索橋對加勁梁提供的壓應力只能在體系轉換之后才能發(fā)揮作用，在此之前，為了防止普通鋼筋混凝土梁開裂，設計要求增設龐大的跨中臨時墩或支架支撐。此外，為了適應軸向壓力引起的彈性壓縮和后期徐變收縮，防止支座豎向力偏心，需要設置大偏位置活動支座。這兩項費用已超過了預應力設施費用。

（3）錨跨結構復雜，高空施工難度大，材料用量高，不一定比地錨經(jīng)濟。

4 自錨式懸索橋施工方法存在問題的反思

自錨式懸索橋上部結構主要施工與傳統(tǒng)地錨式懸索橋的最大區(qū)別有三點：其一，必須先完成加勁梁（包括主跨鋼箱梁，邊跨加勁梁及錨跨）；其二，必須進行體系轉換；其三，必須進行強制性線性調(diào)整。這三大差異造成的施工難度和引發(fā)的技術問題很多。

跨度較大的自錨式鋼箱梁懸索橋多推薦采用頂推法架設。此法的主要難點有：

（1）鋼箱梁梁段需運至現(xiàn)場拼裝，受橋跨限制，拼裝平臺不可能太長，而需要采用所謂“短線拼裝法”，觀測表明，受已推出梁段懸臂重量的影響，拼接段將會出現(xiàn)初應力，實際拼裝線形難以預控。

（2）在頂推法過程中，鋼箱梁的受力狀態(tài)和應力分布不斷變化。觀測證明，這個應力難以全部消除，運營階段鋼箱梁中可能殘留不明確的附加應力，而地錨式懸索橋鋼箱梁中則不會發(fā)生這種附加應力。

（3）需要對鋼箱梁和頂推系統(tǒng)作特殊設計。頂推法已是成熟的施工方法，但用于架設鋼箱梁時，則需特別控制支承面大偏心受壓、預防縱隔板偏移出滑道造成底板局部受力等問題，為此，設計采取了局部加強縱隔板、加大支承面積、增大導梁長度等措施。

5 自錨式懸索橋體系轉換及線形調(diào)整引發(fā)問題的反思

體系轉換和成橋線形調(diào)整是自錨式懸索橋區(qū)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(nèi)（應）力、變形都會發(fā)生極大變化。如：

（1）主纜將由低拉應力狀態(tài)過渡到高拉應力狀態(tài)，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(tài)過渡到設計應力狀態(tài)。

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

（4）支架和臨時墩將由高壓應力狀態(tài)過渡到零壓應力狀態(tài)，同時產(chǎn)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(chǎn)生水平位移，橋墩將承受水平力。

橋梁施工經(jīng)驗表明，體系轉換過程中最容易發(fā)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(fā)生安全事故，通常要求按照“平穩(wěn)、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；制定標高和索力“雙控”方案及誤差限制目標；嚴格及時地監(jiān)控體系狀態(tài)。

成橋線形調(diào)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(nèi)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(diào)整。

6結語

盡管自錨式懸索橋避免了傳統(tǒng)外錨式懸索橋中體量巨大的錨碇，適合在軟土地基的條件下采用這種外形優(yōu)美的懸索體系，但是由于其有著自身的缺點和局限，所以希望中國橋梁設計者慎重思考與決策，不宜盲目追逐熱潮，以免弄巧成拙，并造成不必要的浪費和施工困難。