[分享][桥梁科普]这就是中国制造悬索桥

• 1995年，汕头海湾大桥建成通车，开创了我国现代悬索桥的技术先河。

• 1996年，“神州第一跨”西陵长江大桥建成通车，万里长江上有了第一座悬索桥。

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• 2019年8月，在建五峰山长江大桥主缆索夹全部安装完成，该桥是世界上首座高速铁路悬索桥，也是我国首座超千米跨径的公铁两用悬索桥。

• 2019年9月，武汉杨泗港长江大桥即将建成通车，大桥主跨1700米，一跨过江，为世界上最大跨度的双层公路悬索桥……中国的悬索桥正走向世界。

中国现代悬索桥，从落后、起步到努力追赶，再到现在的技术引领，历时近30年，中国成为国际上桥梁品类与数量最多的国家。

——全国工程设计大师、中铁大桥勘测设计院副总工程师徐恭义评价

现代悬索桥是一项高新技术含量较大的工程，反映了一个国家的设计技术水平、实验测试手段、工程经验和工业加工能力等综合实力。

什么是悬索桥

悬索桥历史悠久。早期热带原始人利用森林中的藤、竹、树茎做成悬式桥渡过小溪，使用的悬索有竖直的、斜拉的，或者两者混合的。婆罗洲、老挝、爪哇原始藤竹桥，都是早期悬索桥的雏形。不过具有文字记载的悬索桥雏形，最早的要属中国，直到今天，它仍影响着世界吊桥形式的发展。

悬索桥又名吊桥，指的是锚固于两岸（或桥两端），通过索塔支承的大缆实现跨越，再将桥面结构悬挂吊起的桥梁。相对于其他类型桥梁，悬索桥可以使用较少的材料来跨越较长的距离，由于在水中可不设立桥墩，因此可以在较深或较急的水流中建造。但悬索桥的塔架对地面施加的力非常强大，如果地面质地比较松软，塔架的地基就要求必须非常庞大和坚固，使得其造价相当昂贵。

悬索桥的组成

悬索桥主要由主梁、吊索、主缆、主塔、锚碇等构件组成。

主梁：桥面所有重量的第一承载者，现代悬索桥的加劲梁结构为桁梁、箱梁和板梁，多数采用钢结构。

吊索：将主梁悬挂于主缆的传力构件。

主缆：全桥的主要承重构件，它决定悬索桥荷载和跨越能力。

主塔：整座大桥竖向荷载的主要承重构件，它将原来由各个桥墩所承受的压力全部集于一体，因此主塔对地面的压力很大。如果地面比较松软复杂，主塔的地基必须非常庞大和坚固。

锚碇：在两端锚固主缆的关键构件，它将主缆担负的重量牢牢锚固，不能被拔起或移动。

正是因为具备构造简单、受力明确的特点，悬索桥在跨度和高度上都有明显的优势，可以在深山峡谷和水流湍急的地方建桥。

悬索桥的受力原理

一般来说，普通材料受拉效能要远远高于受弯效能，例如一根筷子很容易被掰断，筷子在这个过程中就是受弯，但很少有人能够把筷子直接拉断，这就是筷子在受拉。与受拉相比，受弯是一个效率极低的承载方式，所以在提高结构效能上，若把受弯转化为受拉或者受压，就可以大大提升材料效能。拱结构就是将受弯转化为受压的例子，而将拱结构倒过来，就能将受压转换成受拉，发挥了材料的最佳效能。根据这一原理，就诞生出了悬索桥。

悬索桥传力路径为：桥面重量、车辆荷载等竖向荷载通过吊杆传至主缆承受，主缆承受拉力，而主缆锚固在梁端，将水平力又传递给了主梁。悬索桥所受最大的力是悬索中的张力和塔架中的压力。由于塔架基本上不受侧向的力，它的结构可以做得相当纤细。此外悬索对塔架还有一定的稳定作用。

老式悬索桥的悬索一般是铁链或联在一起的铁棍。现代悬索一般是多股的高强钢丝。现代悬索桥的出现，把原来由桥墩来承担的任务，转换为吊索，为桥梁跨度的增加提供了无限可能。

主要技术突破

多塔多跨悬索桥技术：

以泰州长江大桥为开端，先后完成马鞍山长江大桥、鹦鹉洲长江大桥、瓯江北口大桥设计建造，由中铁大桥勘测设计院团队主导设计，其设计方法、计算理论和施工控制技术在国际上具有设计引领作用。

全焊接钢桁梁悬索桥技术：

以杨泗港长江大桥为示范，首次探索和实践了完全依靠主缆悬挂主梁节段、不在水中设置任何辅助支墩就完成全焊接钢桁结构的精确对接和焊接技术，仅用36天就完成1700米主梁架设，其设计和控制技术在国际上具有先进性和开创性。

千米跨度高速铁路悬索桥技术：

五峰山长江大桥，跨度1092米，设计时速250千米，在国际上首次进行高速铁路悬索桥技术实践。主要解决高速、重载、大跨铁路悬索桥行车安全性和舒适性的相关难题，在国际上具有挑战性和引领作用。

中国代表性的11座悬索桥

1

汕头海湾大桥

1995年建成通车，为主跨452米全预应力混凝土箱梁悬索桥，开创了我国现代悬索桥先河，至今保持国际同类悬索桥多项世界纪录，相关设计方法被美国专业书籍纳入国际经典案例。

2

西陵长江大桥

1996年建成通车，被誉为“神州第一跨”，首次实现公路桥梁一跨过长江，主跨900米，是我国第二座现代悬索桥，也是国内首座全焊接钢箱梁悬索桥。

3

贵州贵毕公路落脚河、西溪大桥

2001年建成通车，跨度分别为278米和338米，为预应力混凝土板梁悬索桥，这两座桥通车后在贵州山区又连续修建了多座类似桥梁，对偏远落后地区的基础设施建设和交通条件改善提供了经济可行的技术方案借鉴，其设计方法和结构形式在国际上具有独创性。

西溪大桥

4

贵州镇胜公路北盘江大桥

2009年建成通车，为主跨636米单跨简支钢桁加劲梁悬索桥，是我国首座钢桁梁悬索桥。

5

泰州长江大桥

2012年建成通车，是世界首座三塔悬索桥，主桥采用主跨2×1080米三塔钢箱梁悬索桥，中间采用“人”字型钢结构主塔，获国际桥协杰出结构工程大奖、英国结构工程师协会卓越结构工程奖。

6

马鞍山长江大桥

2013年建成通车，主桥采用主跨2×1080米三塔钢箱梁悬索桥，主梁采用中塔固结体系，曾获国际桥梁大会乔治·理查德森奖。

7

鹦鹉洲长江大桥

2014年建成通车，是世界首座三塔四跨结合梁悬索桥，主桥采用主跨（225+2×850+225）米的三塔四跨钢混结合梁悬索桥，获2016至2017年度中国建设工程鲁班奖。

8

杨泗港长江大桥

主跨1700米，是世界最大跨度双层公路悬索桥，国际上首次采用全焊接钢桁加劲梁结构，完全依靠悬索实现杆件之间精准对接，将于2019年9月建成通车。

9

五峰山长江大桥（在建）

主跨1092米，设计时速 250 千米，是世界首座高速铁路、高速公路悬索桥，也是国内首座超千米跨度公铁两用悬索桥，实现铁路桥梁一跨过长江。

建设中的五峰山长江大桥

10

温州瓯江北口大桥（在建）

主桥为215+2×800+275米三塔四跨双层钢桁梁悬索桥，是世界首座三塔四跨双层钢桁梁悬索桥。

温州瓯江北口大桥效果图

11

虎跳峡金沙江大桥（在建）

总长1017米，主桥为766米独塔单跨地锚式钢桁梁悬索桥，丽江岸引桥为6×41.5米预应力混凝土箱梁桥。主桥加径梁为钢桁架，钢混叠合梁桥面系，主梁宽26米，设计行车时速80公里，双向四车道设计。丽江岸采用扩大基础重力式锚碇，香格里拉岸采用隧道式锚碇，其采用独塔单跨地锚式悬索桥结构为世界首例。

   虎跳峡金沙江大桥效果图

研究方向的现在与未来

我国悬索桥建设领域正在开展的研究

大跨铁路悬索桥研究:

2018年10月10日的中央财经委员会第三次会议上，习近平总书记表示，将全面启动川藏铁路的规划建设。有“世纪工程”之称的川藏铁路是一条连接四川省与西藏自治区的快速铁路，呈东西走向，是继青藏铁路后的第二条进藏“天路”，也是中国西南地区的干线铁路之一。结合川藏铁路建设，我国悬索桥建设领域将围绕大跨铁路悬索桥开展相关设计研究。

我国悬索桥未来研究的方向

新材料技术研究：

新型高强、高性能钢丝和钢材的研究与应用；纤维增强复合材料的研究与应用。

抗风稳定性能研究：

超大规模的悬索桥和斜拉桥，由于其跨度大、重量轻、结构柔，外形上又有很多拉索，使其受风的影响和干扰较大，在抗风性上具有一定风险，风致振动对桥梁安全性的影响更加显著。因此，必须通过前期大量实验获得桥梁的抗风性数据，了解在各种风的作用下，桥梁如何振动，根据实验数据对桥梁设计进行微调。这一实验被称作为风洞实验。目前，西南交通大学风工程实验研究中心是国内桥梁抗风的主要咨询研究单位。