对于悬索桥，你了解的有多少？

悬索桥——桥梁家族中跨越能力最强的桥型之一，其雏形为三千年前在我国出现的笮桥（竹索桥）和藤索桥。1629年在贵州省境内的一座跨度为122m的铁索桥的建成，被传教士Martini介绍至西方，直至1741年，英国才建成欧洲第一座铁索桥（倜氏桥、跨度22.3m）。进入19世纪，英国人Telford修建的梅耐桥、Brunel修建的克里夫顿桥等，跨度都稍大于中国的古桥。1820年前后，法国人Seguin和Dufour发明的用铁丝制作主缆技术被在法国学习的Ellet带回美国，并在J.A.Roebling手里得到发展，1880年至1920年之间，在纽约的东河上修建了跨度450m～490m左右的布鲁克林（Brooklyn）桥（1883年，主跨486m）、威廉姆斯堡（Williamsboarg）桥（1903年，主跨488m）、曼哈顿（Manhattan）桥（1909年，主跨448m），1931年跨度1066m的乔治、华盛顿（George Washington）桥的建成，悬索桥跨度突破1000m大关。1937年金门（Golden Gate）大桥（主跨1280m）的竣工，使得美国在悬索桥的成就方面将其它各国远远甩在后面。随着人们对1940年美国华盛顿州的塔可马（Tacoma）桥（主跨853m）风毁事故的反思，1964年建成的韦拉扎诺（Verrazano Narrows Br.）桥（双层，12车道主跨1298m）的跨度记录一直保持至上世纪80年代初。二战后，其它西方国家的悬索桥后来居上，英国建成跨度1006m的福斯（Forth）公路桥和1966年建成主跨988m的塞文（Severn）桥及葡萄牙在其首都里斯本建成主跨1013m的4月25日大桥具有代表性。随着1981年英国的恒伯尔（Humber）桥（主跨1410m）的建成，保持记录17年之久被打破。在亚洲，经济强国日本于上世纪60年代开始修建跨径大于300m的悬索桥（1962年，福冈的若户桥，主跨367m），至1988年建成的南备赞大桥（主跨1100m）结束了亚洲无千米跨大桥历史。十年后的1998年，明石海峡大桥（主跨1990m）的建成，标志着大跨度悬索桥修建重心转移到了亚洲。
: Y& V7 c% u& Z0 W+ ]$ @, m上世纪90年代起，中国亦进入了发展悬索桥的队伍之列，1995年建成了西陵长江大桥（主跨900m）、1997年建成了虎门大桥（主跨888m）。1998年的香港青马大桥（主跨1377m）和1999年的江阴长江大桥（主跨1385m）分别插入世界大跨度桥梁序列中的第五位与第四位。主跨452m的汕头海湾大桥采用预应力混凝土加劲梁，在世界同类桥中跨径排名第一。这些桥的建成，不仅填补了我国现代化悬索桥的空白，而且使我国跨入了掌握现代化大跨悬索桥设计、分析、建造技术的先进行列。
% K% J- J+ b; ]: s: ^结构与施工变迁
0 Z5 S/ ~+ F# e0 X# G7 x8 ~2 N/ @铁链作为承重缆出现在1706年，四川省大渡河上建成了由9条铁链组成的泸定桥。到1826年英国的麦地海峡桥（跨度177m）和1864年的克利夫顿（Clifton）桥（跨度214m）则采用眼杆与销铰作为悬链。布鲁克林桥虽然是首座跨度较大的悬索桥，但其除了具备现代悬索桥的缆索体系之外，还混有若干加强用的斜拉索，实际上是一座混合体系的缆索承重（Cable-Supported）桥。真正采用空中编丝成缆（Air Spinning）法（AS）施工的现代化悬索桥是威廉姆斯堡桥和曼哈顿桥，加劲梁采用钢桁梁，梁的高跨比分别为1/40和1/60，后者得益于Moisseiff将奥地利Melan教授（1888年）的挠度理论首次应用于该桥上。加劲梁高跨比减小到1/168的金门大桥的建成，奠定了美国风格悬索桥的地位。其主要特点为：
（1）主缆采用AS法架设；
（2）加劲梁采用非连续的钢桁梁，适应双层桥面，并在桥塔处设有伸缩缝；
3 {! h# S4 [% p. O) P（3）桥塔采用铆接或栓接钢结构；
- M/ r- P! z7 e0 R# I6 @, C) _（4）吊索采用竖直的4股骑跨式；
（5）索夹分为左右两半，在其上下采用水平高强螺栓紧固；
（6）鞍座采用大型铸钢件；
（7）桥面板采用RC构件；
首次采用钢箱梁与斜吊索闻名于世的塞文桥的建成，标志着又一建桥强国——英国的崛起，也代表了欧洲风格，其主要特点为：
（1）采用流线型扁平钢箱梁作为加劲梁；
5 j. Y. ~* Z: c2 @$ e8 a（2）早期采用铰接斜吊索，经塞文桥、博斯普鲁斯一桥以及恒伯尔桥的实践之后，在博斯普鲁斯二桥改回到垂直吊索；
, j! ^$ r: ]4 L6 }（3）索夹分为上下两半，在其两侧采用垂直于主缆的高强螺栓紧固；
（4）桥塔采用焊接钢结构或钢筋混凝土结构；
, i) \" W" t2 J* G+ q（5）钢桥面板采用沥青混合料铺装；
作为后起之秀——日本，其悬索桥技术具有随时代进步的特色，主要特点为：
（1）采用预制平行钢丝索股架设主缆，简称PWS法；
! b6 \4 U" _4 R. T' L* v( ~（2）加劲梁主要沿袭美国流派的钢桁梁型式，但近年来对非双层桥面的梁体已转向采用流线型扁平钢箱梁；
3 q7 {* m; |5 k$ \1 C（3）吊索沿袭美国流派的竖直4股骑跨式，未接受英国早期的斜吊索；
8 e8 c+ n- z7 [% t6 W% u（4）桥塔采用钢结构，主要采用焊接方式；
（5）鞍座采用铸焊混合方式；
（6）采用钢桥面板沥青混合料铺装桥面；
（7）主缆索股与锚碇内钢构架采用预应力工艺锚固；
目前，国际上广泛采用的悬索桥结构及工艺特点如下：
（1）主缆架设方法采用AS法（英国、美国等）和PWS法（日本、中国等）。
（2）加劲梁采用流线型扁平钢箱梁型式。
（3）吊索为竖直形式。
（4）锚固方法偏向采用铸焊混合结构与预应力锚固工艺。
设计与分析理论
悬索桥计算理论的发展与其自身的发展有着密切联系，在竖向荷载作用下其结构分析理论可以划分为两大类：一是作为连续体分析的弹性理论、非线性膜理论——挠度理论及其简化方法——线性挠度理论，二是作为离散体分析的非线性吊杆理论和非线性有限元理论——有限位移理论。
Navier(1823)发表了无加劲悬索桥的计算理论后，Rankine于1858年提出了针对有加劲梁的悬索桥的计算理论，但由于不合理地假定活载所产生的吊杆拉力集度等于所有活载除以跨长而失色。大约在1880年前后，levy等人才应用Navier方法分析悬索桥，从而出现了悬索桥弹性理论，后经Steinman发展为习用的标准形式。随着跨度的增加，梁的刚度相对降低，结构非线性突出。Melen（1888）等人提出了考虑位移影响的非线性膜理论——挠度理论，并被Moiseiff成功地应用到曼哈顿桥上，并得到发展，奠定了悬索桥分析的理论基础。忽略成桥后竖向荷载（活载）引起的主索水平力改变对悬索桥静力响应的影响，Godard提出了线性挠度理论。在此基础上，Neukrich（1936年），李国豪（1941年）和Perry（1954年）从不同角度上使其得到应用和发展，也使影响线加载原理得到有效利用。
- _: R. i: H7 [. ^% M# W# q' f& }以吊杆力为未知力建立力法方程进行求解的离散吊杆理论由Pugsley提出，Borges-Lima-Oliveira在缆索柔度阵中增加了活载水平缆力的影响，并成功应用到葡萄牙的4月25日桥设计中，作为古典结构力学位移法，后藤茂夫首先提出钢索、吊杆为仅受轴力构件，导出结点位移与节点力之间计入大位移的关系式，开创了在悬索桥设计中应用计算机的新时代。
现代悬索桥跨径不断增大的同时，加劲梁相对刚度不断减小，线性挠度理论引起的误差不容忽视，在经过离散吊杆理论的中间环节后，基于矩阵位移理论的有限元方法应运而生。Brotton（1966）和Saafan（1966年）师生的研究具有开创性。
Brotton把悬索桥视为平面构架，建立起刚度方程并用松弛法求解；Saafan的构架大位移理论，Tezcan的大位移矩阵构架分析法，将挠度的二次影响全包括进去，并建立起增量平衡刚度方程求非线性方程组的解；对存在轴向力的梁柱效应，Fleming应用稳定函数法来修正梁元的刚度阵，并用移动坐标（即U.L列式）迭代求解；Schrefler等把梁作为二维平面问题建立刚度方程以解决索、梁组合体系的受力分析等等。总之，应用有限位移理论的矩阵位移法，可综合考虑体系节点位移影响、轴力效应，把悬索桥结构非线性分析方法统一到一般非线性有限元法中，是目前普遍采用的方法。
) o/ q, |# `5 G$ i) |9 I* B悬索桥成桥状态的确定与其结构分析有着同样重要的意义。对于小跨径悬索桥，由于主缆自重轻，成桥主缆近似呈抛物线形，确定成桥状态采用抛物线法。随着跨度的增加，主缆自重的增加，主缆线呈多段悬链线组成的索多边形。计算主缆线形主要有非线性循环迭代法和基于成桥状态的反算法。

: d, m; Q& }. I6 U/ `* M受力特征
悬索桥是由主缆、加劲梁、主塔、鞍座、锚碇、吊索等构件构成的柔性悬吊体系。成桥时，主要由主缆和主塔承受结构自重，加劲梁受力由施工方法决定。成桥后，结构共同承受外荷作用，受力按刚度分配。
$ q9 e; J' \2 B! r主缆是结构体系中主要承重构件，是几何可变体，主要承受拉力作用。主缆不仅可以通过自身弹性变形，而且可以通过其几何形状的改变来影响体系平衡，表现出大位移非线性的力学特征，这是悬索桥区别于其它桥梁结构重要特征之一。主缆在恒载作用下具有很大的初始张拉力，对后续结构形状提供强大的“重力刚度”，这是悬索桥跨径得以不断增大、加劲梁高跨比得以减小的根本原因。
- @( o$ \* L% Q0 K主塔是悬索桥抵抗竖向荷载的主要承重构件，在恒载作用下，以轴向受压为主；在活载作用下，以压弯为主，呈梁柱构件特征。由于主塔水平抗推刚度相对较小，塔顶水平位移主要由中、边跨主缆平衡条件决定，因而，塔内弯矩大小取决于塔的弯曲刚度。
加劲梁是悬索桥保证车辆行驶、提供结构刚度的二次结构，主要承受弯曲内力。由悬索桥施工方法可知，加劲梁的弯曲内力主要来自结构二期恒载和活载。大跨度悬索桥加劲梁的挠度是从属于主缆的，随着跨度的增大，加劲梁的功能退化为将活载传至主缆，其自身抗弯刚度对结构刚度的影响也逐渐减小。
* P; F0 \2 K) A# ]7 M吊索是将加劲梁自重、外荷载传递到主缆的传力构件，是连系加劲梁和主缆的纽带，承受轴向拉力。吊索内恒载轴力的大小，既决定了主缆在成桥态的真实索形，也决定了加劲梁的恒载弯矩，是研究悬索桥成桥状态的关键。
( l9 ]4 q: u5 _/ ~4 J/ h0 \' N& b9 _锚碇是锚固主缆的结构，它将主缆中的拉力传递给地基，通常采用重力式锚和隧道式锚。重力式锚用自重抵抗主缆的垂直分力，用锚底摩阻力或嵌固阻力来抵抗主缆水平力。隧道锚则直接将主缆拉力传给周围基岩。在悬索桥结构分析中，常将主缆的锚固点作固定约束处理。

1 f9 B: s1 L; S, F# T$ U  L发展
纵观悬索桥尤其是现代悬索桥的发展过程，可以看到，现代悬索桥的跨径越来越大，从几十米发展到近2000m；加劲梁高跨比越来越小，从1/40下降到1/300；主缆等主要承重构件的安全系数取值越来越低，从4.0左右下降到2.0左右，这就要求在设计悬索桥时，要精确合理地确定悬索桥成桥状态内力与构形；合理确定悬索桥施工阶段的受力状态与构形，以期在成桥时满足设计要求；精确分析悬索桥在活载及其它附加荷载作用下的静力响应。

写的真不错，让小弟我大开眼界了，谢谢！

的确是好帖。顶起!!!
1 T% @. P) J1 W* I0 `: S+ ?: N! D3 j中国的现在挺不错了，可是好像没有什么特别的风格啊。

对，现在悬索桥的风格还是以美国、英风格为主，日本在悬索桥的建造上也进行了比较多的创新。中国虽然修建了不少的悬索桥，但是基本上没有很多创新。而个人认为，悬索桥的创新点主要还是体现在以下几个方面：首先是结构材料，能否将高强碳纤维等材料用于主缆建造？如果材料这一关能有所突破，那么悬索桥的跨径必将上升到一个新的台阶；其次，是结构形式的创新，能否让三塔悬索桥等新的结构形式成为现实？；再次，也就是细部构造方面，像主塔、锚碇形式的创新等。因此，创新应该是我国的悬索桥努力的方向，这样才能增强自己在世界桥梁中的地位和影响力，一味仿效别人，是不可能有所突破的。而意大利正在建造的主跨长达3300m的莫西拿海峡大桥，是否能给我们带来些许的启发呢？

我国现在很流行自锚式悬索桥，正造的有十几座呀。

写的很好，学到了不少东西，希望楼主多发些这方面的贴。

楼主的概括很棒啊。请问是自己总结的还是引用某本书上的呢？

古老的悬索桥，很有发展前景，拜读了，真不错。

不错啊，悬锁桥我还没搞过！有机会一定多多学习啊:loveliness:

呵呵，又涨见识了！:D :D :D

一直是很想去做做悬索桥的

现在悬索桥的风格还是以美国、英风格为主，日本在悬索桥的建造上也进行了比较多的创新。中国虽然修建了不少的悬索桥，但是基本上没有很多创新。

写的确实不错，要是能有有限元模型概括就更好了，比如说主塔一般使用有限元分析时如何考虑，采用什么单元等等

呵呵，又涨见识了！

李国豪的等代梁，具体含义到底是什么，怎么理解来着