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国内外自锚式悬索桥简介

一. 自锚式悬索桥简介

1. 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方法。

因为加劲梁要承担索力,所以一般情况下,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必须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. 1.1.1 Original 1915 Cologne-Deutz Bridge in Germany

1915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年被毁,而原来桥台上的钢箱梁

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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,但施工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为简单的弹性理论,所以这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. 1.1.2 Cologne-Mülheim Bridge in Germany 表1.1.1 部分已建和待建的自锚式悬索桥[6]

Table. 1.1.1 A part of self-anchored suspension bridges built and need to be built 名 称 科隆-迪兹桥 第七街桥 清洲桥 科隆-米尔海姆桥 此花大桥 永宗桥 广西桂林丽君桥 旧金山-奥克兰海湾新桥 Sorok岛桥 金石滩金湾桥 抚顺万新大桥 浙江金华康济桥 浙江江山北关大桥 淮安京杭运河大桥 浙江永康溪心大桥 佛山平胜大桥 宁波庆丰桥 广州猎德大桥 绍兴滨海桥

地点 德国 美国 日本 德国 日本 韩国 中国 美国 韩国 中国 中国 中国 中国 中国 中国 中国 中国 中国 中国 跨度(m) 92.3+184.5+92.3 67.5+134.8+67.5 45.8+91.5+45.8 91+315+91 120+300+120 125+300+125 25+70+25 385+180 110+250+110 24+60+24 70+160+70 30+100+30 40+118+40 40+132.5+40 37+90+37 224+350 90+280+90 219+167 77.8+188+77.8 2 矢跨比 1/8.6 1/8.1 1/7.1 1/9.1 1/6.0 1/5.0 1/5.0 1/8.0 1/6.0 1/7.5 1/7 1/6.5 1/6 1/12.5 1/6 1/12.5 1/5 概况 1915年建成,钢梁 1926年建成,钢梁 1928年建成,钢梁 1929年建成,钢梁 1990年建成,钢梁 1999年建成,钢梁 2001年建成,钢梁 建造中,钢梁 建造中,钢梁 2002年建成,混凝土梁 2004年建成,混凝土梁 2003年建成,钢-混凝2004年建成,混凝土梁 建造中,钢-混凝土梁 2004年建成,混凝土梁 2006年建成,钢梁 建造中,钢梁 建造中,钢梁 建造中,钢梁 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,这样可以减小加劲梁的轴力。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. 1.1.3 Konohana bridge in Japan (Unit: m)

图1.1.4 日本此花大桥(单位:m) Fig. 1.1.4 Konohana bridge in Japan (Unit: m)

(2) 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,从塔顶到加劲梁跨中

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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. 1.1.5 The Yongjong Grand Bridge in Kara

图1.1.6 韩国永宗大桥

Fig. 1.1.6 The Yongjong Grand Bridge in Kara

(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

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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,将成为世界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. 1.1.7 San Francisco-Auckland gulf new bridge in American (Unit: m)

图1.1.8 美国旧金山-奥克兰海湾新桥(单位:m)

Fig. 1.1.8 San Francisco-Auckland gulf new bridge in American (Unit: m)

(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。

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