自锚式悬索桥介绍国内外自锚式悬索桥简介自锚式悬索桥概述自锚式悬索桥不同于一般的悬索桥，它不需要庞大的锚碇，而是把主缆锚固在加劲梁的两端，用加劲梁来承担主缆的水平分力[1]。因此，端部支撑只需承担拉索的竖向分力，这给不方便建造锚碇的地方修建悬索桥提供了一种解决办法。因为加劲梁要承担索力，所以正常的情况下，加劲梁先于主缆架设之前完成施工，这种与一般悬索桥相反的施工顺序使这种桥梁目前还只局限于中等跨径。不同于一般的悬索桥，自锚式悬索桥的计算一定要考虑主梁中轴力的影响，因此设计师和有关学者也探索出，并不断地完善各种适用于自锚式悬索桥的设计理论和施工控制理论。本文首先回顾一下这种桥型的发展历史。1.1自锚式悬索桥的发展历史19世纪后半叶，奥地利工程师约瑟夫朗金和美国工程师查理斯本德分别独立地构思出自锚式悬索桥的造型。朗金首先在1859年写出了这种设想，本德在1867年申请了专利。1870年朗金在波兰建造了一座小型的铁路自锚式悬索桥。尽管他们都没有直接影响未来的设计，但20世纪初期自锚式悬索桥已经在德国兴起。图1.1.1德国1915年修建的科隆－迪兹桥Fig.1.1.1Original1915Cologne-DeutzBridgeGermany1915年，德国设计师在科隆的莱茵河上建造了第一座大型自锚式悬索桥（图1.1.1）。这座科隆－迪兹桥主跨185m，用临时木脚手架支撑钢梁直到主缆就位。在它建成后的15年里影响了其它桥梁的设计，这种创新的设计思想得到了美国和日本等世界各国工程师们的关注。美国宾夕法尼亚州匹兹堡跨越阿勒格尼河的3座桥，日本东京的清洲桥都与科隆－迪兹桥外型非常相似。科隆－迪兹桥在1945国内外自锚式悬索桥简介仍保存至今。匹兹堡的三座悬索桥虽然比科隆－迪兹桥的跨径小，但实施工程技术有了很大的进步，并且采用了悬臂施工的新方法。德国莱茵河上科隆－迪兹桥建成后25年间又修建了4座悬索桥，最著名的是1929年建成的科隆－米尔海姆桥，主跨315m，虽然该桥在1945年被毁，但它将自锚式悬索桥跨径的记录保持到21世纪。20世纪30年代的工程师们已经发现，自锚式悬索桥加劲梁的轴力将使该种桥梁的受力性能接近于更简单的弹性理论，所以最近一段时间美国和德国修建了多座自锚式悬索桥。图1.1.2德国科隆－米尔海姆桥Fig.1.1.2Cologne-MlheimBridgeGermany表1.1.1部分已建和待建的自锚式悬索桥[6]Table.1.1.1self-anchoredsuspensionbridgesbuiltbuilt国内外自锚式悬索桥简介1.1.1国外自锚式悬索桥（1）日本此花大桥日本此花大桥建成于1990年，又名大阪北港桥。跨径布置为120m+300m+120m，加劲梁为单箱三室钢箱梁，宽度26.5m，梁高3.17m，高跨比1/95，矢跨比为1/6，比一般悬索桥的矢跨比要大，这样做才能够减小加劲梁的轴力。该桥还是第一座单索面大跨径悬索桥，吊索做成倾斜状。图1.1.3日本此花大桥（单位：m）Fig.1.1.3KonohanabridgeJapan(Unit:图1.1.4日本此花大桥（单位：m）Fig.1.1.4KonohanabridgeJapan(Unit:韩国永宗大桥韩国永宗大桥位于韩国汉城仁川国际机场通往汉城区的高速公路上，是世界上第一座双层行车的公铁两用自锚式悬索桥。该桥结构造型和尺寸都与此花大桥很相似，但永宗大桥和此花大桥有三个主要不同点：（1）为了减小加劲梁中主缆产生的轴向力，主缆的垂度加大到60m，矢跨比为1/5；（2）永宗大桥采用2根主缆，从塔顶到加劲国内外自锚式悬索桥简介呈空间三维曲线，加大了桥梁的横向稳定性；（3）加劲梁为7m高的桁架，上层为公路，下层为铁路，在没有主缆的情况下容易施工。图1.1.5韩国永宗大桥Fig.1.1.5YongjongGrandBridgeKara图1.1.6韩国永宗大桥Fig.1.1.6YongjongGrandBridgeKara（3）美国旧金山-奥克兰海湾新桥旧的旧金山-奥克兰海湾桥东桥（钢桁架桥）在1989年由于里氏7.1度地震时局部坍塌，因此决定重建。重建计划中包括两座自锚式悬索桥，一座单塔两跨自锚式悬索桥和一座双塔三跨自锚式悬索桥。主航道为单塔自锚式悬索桥，塔高160m，由四根钢箱柱组成，沿高度用剪力杆连接，主缆不跨越而是固定在单一的索鞍上，跨径为国内外自锚式悬索桥简介385m+180m，见图1.1.5。加劲梁为两个各向异性板钢箱梁，横隔板间距5m，箱梁间用宽10m、高2.5m、间距30m的横梁连接，保证两箱在荷载，特别是风和地震荷载作用时的整体性。该桥考虑1500年回归期的地震，建成后，将变成全球上最大的自锚式悬索桥。图1.1.7美国旧金山-奥克兰海湾新桥（单位：m）Fig.1.1.7SanFrancisco-AucklandgulfnewbridgeAmerican(Unit:图1.1.8美国旧金山-奥克兰海湾新桥（单位：m）Fig.1.1.8SanFrancisco-AucklandgulfnewbridgeAmerican(Unit:（4）其它自锚式悬索桥Sorok岛桥是韩国Geogeum岛连接本土的桥梁，跨径布置为110m+250m+110m，矢跨比为1/5，塔为花瓶型，采用单索面，此桥已开工。国内外自锚式悬索桥简介图1.1.9Sorok岛桥（单位：m）Fig.1.1.9SorokislandbridgeKorea(Unit:爱沙尼亚Muhu岛桥（推荐方案）跨径布置为200m+480m+200m，矢跨比为1/8，加劲梁为钢箱梁，高跨比1:400，桥塔为H图1.1.10Muhu岛桥（单位：m）Fig.1.1.10MuhuislandbridgeEsthonia(Unit:1996年哥本哈根的国际桥梁和结构协会(IABSE)学术会议论文集Klein介绍了一种自锚式悬索桥的比较方案，跨径布置为303m+950m+303m，采用单主缆，主跨跨中约200m内部，与梁固结，使结构具备极高的刚度，索夹处设有锚固装置，主缆截面沿桥梁是可变化的，这样可非常大地节省主缆造价。1.1.2国内自锚式悬索桥自锚式悬索桥在国内的发展相对较晚，直到本世纪初才开始建造，但发展非常迅速，并且建成了世界上第一座混凝土加劲梁的自锚式悬索桥，多项世界纪录也被中国的桥梁工作者改写。上世纪二三十年代欧美建造自锚式悬索桥的高潮过后而趋于平淡，但近年来，自锚式悬索桥被赋予了新的生命力，而在我国重新兴起，出现了蓬勃发展的新局面。下面介绍几座我国已经建成的自锚式悬索桥。国内外自锚式悬索桥简介（1）广西桂林丽君桥广西桂林丽君桥，为国内第一座钢主梁的三跨自锚式悬索桥，主桥长120m，跨径为25m+70m+25m。主梁为纵横双向钢桁架，桥面板为20cm厚现浇钢筋混凝土板，与纵横双向钢桁架梁共同作用形成 结合梁，主缆和吊杆采用PES7-451 和PES7-61 的钢丝成品索。 图1.1.11 广西桂林丽君桥 Fig. 1.1.11 Lijun Bridge GuiLin（2）大连市金湾桥 世界上第一座混凝土自锚式悬索桥－金湾桥位于大连市金石滩 旅游渡假区的滨海路上，横跨帆船港池入海口，建成于2002 主桥为钢筋混凝土加劲梁的自锚式悬索桥，跨径为24m+60m+24m，见图1.1.6。该桥宽12m，主梁采用钢筋混凝土边主梁形式，梁高1m， 每隔3m 设一道横隔梁。索塔为钢筋混凝土门式塔架，塔高27m，塔 柱直径为1.5m。主梁采用50 号混凝土，主缆采用139φ 7.1mm高强 镀锌平行钢丝，两端为冷铸锚；吊杆采用φ 5mm高强镀锌平行钢丝 成品索。主梁上吊杆间距为3m。基础采用钻孔灌注桩基础，桩直径 为1.6m。 图1.1.12 大连金石滩金湾悬索桥 Fig. 1.1.12 Dalian Jin Wan suspension bridge 国内外自锚式悬索桥简介该桥主缆矢跨比为1/8，双塔双索面结构，主缆锚固于加劲梁的 两端，用加劲梁来抵抗主缆的水平分力。同时将加劲梁做成拱形，用 主缆的水平分力来抵抗拱脚的推力，起到了系杆拱桥中系杆的作用。 这样既满足了中跨的通航净空要求，也使主桥两端高度降低，大大减 少了引桥的长度，节省了投资。较大的拱度也可使加劲梁刚度增加， 挠度减小，从而使该桥在受力和经济上都达到了很好的效果。 （3）抚顺万新大桥 抚顺市万新大桥位于抚顺市区东部，跨越浑河，道路等级为城市 主干路，机动车道为双向6 车道，两侧各有2.5m 宽人行道和3.5m 非机动车道，桥面总宽41m。主桥是一座自锚式混凝土悬索桥，如图1.1.7 所示，主跨为160m，边跨70m，锚固跨15m，吊索沿顺桥向间 距5m。主梁采用钢筋混凝土箱梁，箱梁标准断面为单箱五室，梁中 心高度2.5m，箱梁内每5m 设一道横梁。索塔为H 型，塔柱采用实 体矩形截面，桥面以上尺寸为2.5m3.5m，桥面以下为变截面，根 部尺寸为4.06m3.5m。河床为岩石地质条件，基础采用扩大基础。 主缆中跨矢跨比为1/6，主缆直径54.3cm，由85