摘要： 本文綜合了40余座大跨懸索橋資料、對主邊跨比、垂跨比、橋面寬跨比，加勁梁高寬或高跨比進(jìn)行分析.提出常規(guī)選用值，以及對支承體系做了簡單描述。

　　關(guān)鍵詞： 懸索橋 總體設(shè)計(jì)

　　懸索橋適用于大跨度的橋梁結(jié)構(gòu)。橋面是由鋼纜和吊索來承受，作為橋面主要結(jié)構(gòu)物的加勁梁的跨度相當(dāng)于吊索的間距.成為一個(gè)小跨度的彈性支承連續(xù)梁，所以主跨的大小與加勁梁剛度沒有很直接的關(guān)系。而作為承受橋面的關(guān)鍵構(gòu)件的銅纜是由塔支承著并由強(qiáng)大的錨碇錨固著，只有塔和錨碇的穩(wěn)定才能使鋼纜來承受橋面上的各種荷載。因此，懸索橋在適合的地形、水文和地質(zhì)條件下都可以建造，只是造價(jià)比較高。往往適用于其他橋型難以適用的特大跨徑橋梁。以目前來說，當(dāng)主跨超過700m的橋，幾乎都是懸索橋（已建成的其他

　　橋型只有斜拉橋，主跨為890m的多多羅橋和856m的諾曼底橋）。而小于700mm的跨徑中，懸索橋和斜拉橋還是有很大的競爭力，有好的地質(zhì)條件，錨往比較容易建造，如汕頭海灣橋和鵝公巖長江大橋；有時(shí)有特殊要求，如廈門海滄橋和日本東京灣的彩虹橋.航空的限高和航運(yùn)要求的通航凈空，迫使他們選用懸索橋，因?yàn)閼宜鳂虻乃�高是斜拉橋�?/2；在施工過程中，懸索橋始終在一個(gè)靜定穩(wěn)定結(jié)構(gòu)狀態(tài)下，容易控制，風(fēng)險(xiǎn)小，也使一些人偏愛懸索橋的原因。表1列出40余座世界大跨度懸索橋的主要尺寸。

　　橋梁總體設(shè)計(jì)是一個(gè)很復(fù)雜的問題，首先要適應(yīng)地形、水文、地質(zhì)等自然條件的限制，也要符合橋面交通和通航的使用要求。本文主要以50年代以后建的懸索橋進(jìn)行分析，因?yàn)樗鼈兂浞治�取Tacoma大橋被風(fēng)吹毀的教訓(xùn)，以下討論的參數(shù)僅僅是一般情況的參考值，對于有特殊條件和特殊要求不必苛求。

　　一、跨度比

　　跨度比是指邊孔跨度與主孔跨度的比值。其中對單跨懸索橋而言邊孔跨度可視為主塔至錨碇散索鞍處的距離.跨度比受具體橋位處的地形與地質(zhì)條件制約，每座橋都不同。如三跨懸索橋的跨度比就比單跨懸索橋的大一些，這是為了減少邊孔的水中墩并減少主孔跨徑。

　　由以上兩表看來，三跨懸索橋跨度比一般在0.25～0.4之間，但世界上最大的懸索橋——明石海峽大橋在0.51.單跨懸索橋跨度比一般在0.2～0.3之間。為了使在恒載條件下，主纜在塔兩側(cè)的水平力相等，要求主纜與塔兩側(cè)的傾角相等，單跨的懸索橋的邊跨主纜是直拉式，因此，一般情況單跨的邊主跨比應(yīng)該比三跨懸索橋小，單跨的邊跨跨徑與散索鞍位置還有很大的關(guān)系。

　　從結(jié)構(gòu)特性方面來考慮，假設(shè)主孔的跨度以及垂跨比等皆為定值，在用鋼塔時(shí)懸索橋單位橋長所需的鋼材重量隨跨度比減小而增大；當(dāng)用鋼筋混凝土塔時(shí)，跨度比減少增加的延米用鋼量很小，當(dāng)跨度比由0.5～0.3時(shí)，增加用鋼量約5％，跨度越大時(shí)，增加鋼用量的百分比越小。

　　二、垂跨比

　　懸索橋的垂跨比是指主纜在主孔內(nèi)的垂度和主孔跨度的比值，垂跨比的大小對主纜中的拉力有很大的影響，因此它在較大程度上影響著主纜的用鋼量、結(jié)構(gòu)整體剛度、主孔豎向和橫向的撓度。垂跨比與主纜中的拉力和塔承受的壓力呈反比。垂跨比與塔的高度也有直接影響，它們呈正比關(guān)系。垂跨比越大，懸索橋豎向撓度和橫向撓度都加大。一般都在1／10～1／11之間，鐵路橋更小一些。

　　懸索橋的主纜垂跨比除了對結(jié)構(gòu)整體剛度有影響以外，它對結(jié)構(gòu)振動特性也有一定的影響。懸索橋的豎向彎曲固有頻率ωb將隨垂跨比的加大而減低；懸索橋的扭轉(zhuǎn)固有頻率；將隨垂跨比的加大而增高；懸索橋扭轉(zhuǎn)與堅(jiān)彎固有頻率比 也將隨垂跨比的加大而有顯著的增大；懸索橋的極慣距<.>將隨垂跨比的加大而減小。

　　三、寬跨比

　　寬跨比是指橋梁上部結(jié)構(gòu)的梁度（或主纜中心距）與主孔跨度的比值，對于一般橋型的中小跨度而言，可控制在大于1/30左右，有足夠的橫向剛度。由于橋梁寬度一般由交通要求確定的，對于特大跨度橋梁就很難保證這個(gè)要求了。在統(tǒng)計(jì)的懸索橋資料中1000m以上跨徑的寬跨比都小于1/30，甚至達(dá)1／60，雖然有些橋梁為了增加抗風(fēng)穩(wěn)定性，在風(fēng)嘴外側(cè)再增加挑板或在中央分隔加寬并透風(fēng)。從表面上來看是加了梁寬，但實(shí)際是改善氣流條件，增加抗風(fēng)穩(wěn)定性而不是為了增加橫向剛度的。

　　四、加勁梁的高寬比與高跨比

　　加勁梁的梁高和梁寬之比與梁高與主孔跨度之比是密切相關(guān)的兩個(gè)指標(biāo)，由于加勁梁的受力狀態(tài)是多跨彈性支承連續(xù)梁，看來梁高和主孔跨徑不是那么密切，但是從風(fēng)動穩(wěn)定性來看，還要考慮加勁梁要有足夠的抗扭剛度，以抵抗渦激共振的發(fā)生。

　　加勁梁常有桁架式和箱梁式。80年代以前建成的懸索橋以抗架梁為主，它對布置雙層橋面的適應(yīng)性較好，有的下層是鐵路，加勁梁的梁高在7.5～14m，高跨比為1／180～1/70.（詳見表1）在過去不需要雙層交通時(shí)，也有用箱梁和板梁斷面。特別是Tacoma橋由于采用版梁斷面，流線型很差，在不大的風(fēng)速下被風(fēng)吹得扭曲失穩(wěn)而破壞。1966年塞文橋首次采用了箱梁為加勁梁，80年代，英國亨伯橋成功地建成，以后單層橋面的加勁梁多數(shù)采用箱梁。加勁梁高一般在2.5～4.5m，箱形梁的高跨比大體在1／400～1/300，為了有比較好的流線型，加勁梁的高寬比一般在1/7～1／11（詳見表1）。但是81年建成的亨伯橋和1997年建成的瑞典高海岸橋橋?qū)挾紴?2m，梁高達(dá)4.5～4m.

　　實(shí)際上高寬比和高跨比是存在一定的矛盾的。在橋面寬度確定以后，梁高小一些，斷面的流線型可以好一些，有利于風(fēng)動穩(wěn)定，但高度太小會導(dǎo)致加勁梁的抗扭剛度削弱太多，容易導(dǎo)致渦振和抖振的發(fā)生產(chǎn)生結(jié)構(gòu)疲勞，人感不適及行車不安全。為此還要控制高跨比。在設(shè)計(jì)中初選加勁梁斷面方案后，對于特大橋應(yīng)做風(fēng)洞的節(jié)段模型試驗(yàn)，修改斷面、測定各種參數(shù)進(jìn)行抗風(fēng)驗(yàn)算和各類風(fēng)振分析。特別要注意風(fēng)向帶有一定攻角時(shí)，加勁梁斷面的流線型"鈍化"，風(fēng)動穩(wěn)定性要差一些。對于特大跨度的橋或高風(fēng)速地區(qū)的橋梁，采用如同墨西拿海峽大橋方案，做成左右兩個(gè)能適應(yīng)風(fēng)流線型的橋面系，利用寬的中央分隔帶透風(fēng)解決風(fēng)動穩(wěn)定。

　　五、加勁染的支承體系

　　加勁梁的支承體系主要有主跨單孔簡支，主邊跨三孔連續(xù)或三跨雙鉸以及兩跨簡支或連續(xù)。三跨連續(xù)能減小橋面變形，包括支座處的轉(zhuǎn)角、伸縮量和跨中撓度，但結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，多用于鐵路橋梁中。但是邊跨采用鋼加勁梁，邊跨的造價(jià)大約是預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁的兩倍所以國內(nèi)公路懸索橋邊跨多用預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁。

　　為了進(jìn)一步減少跨中撓度和加勁梁伸縮量，1959年法國Tancarville橋首創(chuàng)采用主跨叫點(diǎn)將主纜和加勁梁直接固結(jié)的方法。相當(dāng)于增加一個(gè)半剛性的支承點(diǎn)，使用這種方法使該橋可以減少非對稱荷載作用下的撓度值，提高縱向位移的復(fù)原力，減少正常情況下活載引起的振動以及風(fēng)荷載和地震荷載引起的縱向變位量。以后的丹麥大海帶橋，瑞典高海岸橋，東京灣彩虹橋等也都采用了主纜和加勁梁在跨中直接固結(jié)的方法，他們有的是用大夾具來箍結(jié)，也有的用短斜索和端斜索來固結(jié)，都起著相同的作用。