懸索橋是一種古老的橋型，起源于中國，革新于英國，發(fā)展于美國，廣泛應(yīng)用于日本。它因具有跨度大、美觀、架設(shè)方便等特點(diǎn)而得到廣泛的應(yīng)用。隨著高強(qiáng)鋼絲和優(yōu)質(zhì)材料的出現(xiàn)，架設(shè)工藝的改進(jìn)以及計(jì)算理論和手段的不斷完善，懸索橋正朝長、大方向發(fā)展，并因其在大跨度方面具有較大的優(yōu)勢而成為現(xiàn)代大跨徑橋梁家族中的重要成員。
從 1816 年，英國建成了第一座具有現(xiàn)代意義的懸索橋——跨徑為 124m、以鋼絲做主索的人行吊橋起，工程界開始重視對懸索橋的理論研究。1823年納維爾發(fā)表了加勁梁懸索橋理論，認(rèn)識到豎向撓度隨著恒載的增加而減少。到 19 世紀(jì)末，懸索橋的跨度達(dá)到200~300m 。1883 年列特和 1886 年列維分別發(fā)表了彈性理論，這使懸索橋的跨徑達(dá)到了 500m 以上。1888 年米蘭提出了撓度理論，利用該理論分析的第一座橋是曼哈頓（ Manhattan ）大橋（主跨徑為 448m ）。到 1931 年，撓度理論使懸索橋的跨度增大了一倍，且突破了 l000m ，這就是跨越哈得孫河的喬治•華盛頓（George •Washington ) 大橋（主跨 1067m ）和舊金山金門（ Golden Gate ）大橋（主跨 1280m ）。懸索橋的發(fā)展至今已有近 200 年的歷史，它是大跨徑（尤其是1000m 以上的特大跨徑）橋梁的主要形式之一，其優(yōu)美的造型和宏偉的規(guī)模，常被人們稱為“橋梁皇后”。 1966 年英國塞文（ Severn ）橋的加勁梁首先采用流線型扁平鋼箱梁，增大了橋梁抗風(fēng)性能和抗扭剛度，且用鋼量少、維護(hù)方便。 1970 年丹麥小貝爾特（ Small Belt ）橋的鋼箱梁首先采用箱內(nèi)空氣干燥裝置，增強(qiáng)了防腐性能?？鐝綖槭澜绲谝坏拿魇{大橋懸索橋的抗震設(shè)計(jì)成功地經(jīng)受了 1995 年日本神戶大地震考驗(yàn)。我國雖然很早就開始修建懸索橋，但是其跨徑和規(guī)模遠(yuǎn)不能同國外現(xiàn)代懸索橋相比。
我國懸索橋發(fā)源甚早，已有 3000 余年歷史。其發(fā)展大致可分為古代懸索橋、近代懸索橋和現(xiàn)代懸索橋三個(gè)時(shí)期。
古代懸索橋：在我國四川境內(nèi)，遠(yuǎn)在公元前 250 年就有李冰所建的人行“笮橋”。漢宣帝甘露四年建成長百米的鐵索橋，它比英國在 1741 年修建的鐵鏈懸索橋要早 1800 年。古代懸索橋只適用于人畜通過，跨長小于 130m , 面窄無加勁梁，上下波動較大。
近代懸索橋：1858一1949 年修建的懸索橋歸為近代懸索橋。近代懸索橋與古代懸索橋相比，其進(jìn)步之處首先是按力學(xué)理論進(jìn)行靜力分析計(jì)算，其次以鋼索代替鐵鏈，設(shè)高塔和加勁梁，改纜頂面上承為纜底面下承，提高了載重量和穩(wěn)定性，可供汽車等車輛通行。我國近代第一座公路懸索橋是湖南能灘橋。
現(xiàn)代懸索橋：自 1949 年至今，我國建成懸索橋約為 50 座，跨徑也大幅度地提高。 20 世紀(jì) 50 年代所建的懸索橋，基本上為通行汽一10 級單車道橋，有加勁式和柔式兩種形式。 20 世紀(jì) 60 年代我國懸索橋修建較多，不少橋跨徑超過 150m ，最大的為 186m 。20 世紀(jì) 90 年代以前，我國相繼建成 60 多座懸索橋，但跨徑小、橋面窄、荷載標(biāo)準(zhǔn)低。直至 1997 年建成通車的香港青馬大橋（主跨達(dá)到 1377m）才使我國懸索橋的跨徑超過了l000m ，隨后 1999 年 9 月建成通車的堪稱“中國第一、世界第四”的江陰長江公路大橋（主跨達(dá)到 1385m ) 和 2005 年 4 月建成通車的潤揚(yáng)長江公路大橋南漢橋（主跨達(dá)到 1490m ，建成后位居“中國第一、世界第三”）的跨徑也超過了1000m ，在世界上已經(jīng)建成的主跨超過了 1000m 的 18 座特大跨徑鋼箱梁懸索橋中占得 3 席［2 , 5 ］ 。這些橋梁的建成大大縮小了我國與國外懸索橋梁建設(shè)水平的差距。
表 1-2 和圖 1-2 為國內(nèi)外著名的特大跨徑懸索橋［ 2 , 3 , 6 ］。
1．2 加勁梁常用結(jié)構(gòu)形式
作用在纜索支承橋梁上的絕大部分外荷載是由加勁梁和與其相結(jié)合的橋面板所承受。這是因?yàn)槿寇囕v荷載均作用于橋面板上，而大多數(shù)情況下加勁梁的恒載和承風(fēng)面積均比纜索體系的大。因此加勁梁必須能夠承受和傳遞局部荷載，并在將整個(gè)荷載傳遞給主墩的過程中，對纜索體系起著決定性的輔助作用[1]。
1 . 2 . 1 斜拉橋常用加勁梁結(jié)構(gòu)
由于受拉索的支承作用，加勁梁的受力性能不僅取決于自身的結(jié)構(gòu)體系，同時(shí)與塔的剛度、梁塔的連接方式、索的剛度和索形等密切相關(guān)，所以加勁梁在設(shè)計(jì)時(shí)一般都要綜合考慮梁、塔、索三者之間的關(guān)系。加勁梁的截面形式應(yīng)該根據(jù)跨徑、索距、橋?qū)挼炔煌枰C合考慮結(jié)構(gòu)的力學(xué)要求、抗風(fēng)穩(wěn)定性、施工方法等選用[ 7 ]。斜拉橋常用的加勁梁結(jié)構(gòu)形式通常有下列四種類型：
1. 鋼梁
鋼梁的主要優(yōu)點(diǎn)是跨越能力大，施工速度快，質(zhì)量可靠程度高。但是鋼加勁梁價(jià)格較昂貴，后期養(yǎng)護(hù)工作量大，抗風(fēng)穩(wěn)定性較差。圖 1-3為 San Francisco 一Oakland Bay Bridge 東跨斜拉橋的鋼加勁梁截面形式。
斜拉橋常用的鋼梁形式為鋼箱梁。表 1-3為我國主跨 500m 以上斜拉橋采用的主加勁梁類型。
由表 1-3 可以發(fā)現(xiàn)， 90 年代以來，大多數(shù)斜拉橋都采用鋼箱梁作為主加勁梁，國內(nèi)外的經(jīng)驗(yàn)表明，加勁的鋼箱梁橋是大跨徑公路橋梁最有效的結(jié)構(gòu)形式之一，以其承載力和重量而言，為一種非常有效的結(jié)構(gòu)體系，可以達(dá)到（此詞被過濾）類型加勁梁無法達(dá)到的大跨度[3]。圖 l-4 為南京長江第二大橋主加勁鋼箱梁截面形式。
2 ．混凝土梁混凝土梁的主要優(yōu)點(diǎn)是：
（1）造價(jià)低。但是對于跨徑較大的斜拉橋，混凝土加勁梁的低造價(jià)難以抵消由于混凝土自重大而導(dǎo)致拉索和基礎(chǔ)額外增加的費(fèi)用。
?。?）剛度大撓度小。在汽車荷載作用下，混凝土梁產(chǎn)生的主要撓度約為類似鋼結(jié)構(gòu)的 60 ％左右。
?。?）抗風(fēng)穩(wěn)定性好。這是由于混凝土結(jié)構(gòu)振動衰減系數(shù)約為鋼結(jié)構(gòu)的兩倍。
?。?）后期養(yǎng)護(hù)比鋼橋簡單便宜。
3. 疊合梁疊合梁即在鋼加勁梁上用預(yù)制混凝土橋面板代替常用的正交異性鋼橋面板。它除具有與鋼加勁梁相同的優(yōu)點(diǎn)之外，還能節(jié)約鋼材用量，且其剛度和抗風(fēng)穩(wěn)定性優(yōu)于鋼加勁梁。疊合梁一般采用雙鋼加勁梁，其斷面形式常用實(shí)腹開口工字形、箱形、 n 形等。圖 1 —5 為疊合梁典型結(jié)構(gòu)[7] 。
4. 混合梁在中孔大跨全部或者部分采用鋼加勁梁，兩側(cè)采用預(yù)應(yīng)力混凝土梁，這種結(jié)構(gòu)稱為混合梁。其優(yōu)點(diǎn)是：
（1） 加大了側(cè)跨加勁梁的剛度和重量，減少了主跨的內(nèi)力和變形。
?。?） 可以減少或者避免邊跨端支點(diǎn)出現(xiàn)負(fù)反力。
?。?） 邊跨 PC 梁容易架設(shè)，主跨鋼梁也可以較容易地從主塔開始用懸伸法連續(xù)架設(shè)。
?。?） 減少全橋鋼梁長度，節(jié)約造價(jià)。這種橋型特別適合邊跨與中跨比值較小的情況。德國 Kurt 一Schoemacher 橋、日本的生口（ Ikuchi ）橋、法國的諾曼底（ Normandy ）橋和我國的武漢白沙洲大橋都采用了混合式加勁梁。
1 . 2 . 2 懸索橋常用加勁梁結(jié)構(gòu)
懸索橋的加勁梁一般都采用鋼結(jié)構(gòu)。早期以鋼桁梁為主，個(gè)別中小跨徑的懸索橋也有采用鋼板作為加勁梁。 1940年11 月被風(fēng)振毀的美國塔科馬 ( Tacoma ）橋，其加勁梁就是下承式鋼板梁。由于鋼板梁的抗風(fēng)性能不佳，所以世界各國較大跨度的懸索橋從此不再用鋼板梁〔 8 〕 。塔科馬橋重建時(shí)采用鋼桁梁作為加勁梁。
1 ．鋼箱梁
采用流線型鋼箱結(jié)構(gòu)作為懸索橋加勁梁是從 1966 年建成的英國賽文 ( Severn）橋開始的〔 8 〕 ，其斷面如圖 1 一 6 所示。歐洲研究者發(fā)現(xiàn)，正交異性板鋼箱作為加勁梁，梁高較小，外形類似機(jī)翼，空氣動力性能好，橫向阻力小，大大減小了塔的橫向力；頂板直接作橋面板，恒載輕，抗扭剛度大，主纜截面可以減小，從而降低用鋼量和造價(jià)。
我國懸索橋普遍采用鋼箱作為加勁梁。針對桁架梁作為加勁梁的優(yōu)劣，專家們有著不同的意見。由于我國已修建的幾座大跨徑懸索橋，橋面瀝青鋪裝相繼出現(xiàn)了早期嚴(yán)重破壞，有的橋梁工作者認(rèn)為，一方面鋼箱梁作為加勁梁還有一些方面值得改進(jìn)，如鋼箱梁橋面板的局部撓度以及箱體的通風(fēng)和降低鋼箱梁鋪裝層的溫度等；另一方面桁架梁作為加勁梁，還有不少優(yōu)點(diǎn)，如加勁梁剛度大，橋面溫度相對低，還可解決雙層交通等，因而主張使用木行架梁作為加勁梁表 1 一 4 為我國主跨在 450m 以上的懸索橋采用的主加勁梁形式。
