自锚式悬索桥概述？

一.前言

一般来说，索桥的主要承重构件都锚固在锚具上。在少数情况下，为了满足特殊的设计要求，主缆还可以直接锚固在加劲梁上，从而取消了巨大的锚具，成为自锚式悬索桥。

过去自锚式悬索桥的加劲梁多为钢结构，如1990通车的日本花花大桥、韩国永宗悬索桥、美国旧金山-奥克兰湾新桥、爱沙尼亚木虎岛桥墩等。2002年7月，世界上第一座钢筋混凝土自锚式悬索桥——金石滩金海湾大桥在大连建成，为这种桥墩的研究提供了宝贵的经验。此后，吉林、河北和辽宁正在设计、设计和建造四座钢筋混凝土自锚式悬索桥。

自锚式悬索桥具有以下优点:①无需修建大体积锚具，因此特别适用于地质条件较差的地区。

(2)因受地形限制，可结合地形灵活布置，可做成双塔三跨悬索桥，一塔两跨悬索桥。

(3)对于钢筋混凝土制作的加劲梁，由于需要承受主缆传递的压力，刚度会有所提高，节省了大量的预应力结构和装置，也克服了钢材在较大轴力下容易发生屈曲的缺点。

(4)混凝土材料的使用可以克服以往自锚式悬索桥用钢量大、施工和后期维护费用高等缺点，可以取得良好的经济效益和社会效益。

⑤保留了传统悬索桥的外形，在中小跨径桥梁中是非常有竞争力的方案。

⑥由于桥梁造价低、结构合理、外形美观，在基础差、锚碇施工困难的地区，不公平地使用了钢筋混凝土材料。

自锚式悬索桥不可避免地存在自身的缺点:①由于主缆直接锚固在加劲梁上，横梁承受很大的轴向力，因此需要加大横梁的截面。对于钢结构的加劲梁，成本明显增加，而对于混凝土材料的加劲梁，主梁自重增加，从而增加了主缆的用钢量，所以使用这两种材料的跨度会受到限制。

(2)施工步骤有限，加劲梁和桥塔完成后必须吊装主缆和吊索，需要搭设大量临时支架安装加劲梁。因此，如果自锚式悬索桥的跨度增加，其额外的建设成本也会增加。

③锚固区局部应力复杂。

(4)与地锚式悬索桥相比，由于主缆的非线性影响，吊杆张拉时的施工控制更加复杂。

第二，历史回顾

19世纪下半叶，奥地利工程师约瑟夫。兰金和美国工程师查尔斯。Bender独立构思了自锚式悬索桥的外形。Bender在1867申请了专利，Rankin则在1870在波兰建造了一座小型铁路自锚式悬索桥。

到了20世纪，自锚式悬索桥在德国如雨后春笋般出现。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——科隆-迪茨大桥。当时工程师选择这种桥型主要是因为地质条件的限制。该桥主跨185m，钢梁采用木脚手架支撑，直至主缆就位。此后，宾夕法尼亚州匹兹堡的三座横跨阿勒格尼河的桥梁和日本东京建造的清州桥受到科隆-迪茨桥的影响。科隆-迪茨大桥虽然在1945处被毁，但原桥台上的钢箱梁仍保存至今。匹兹堡三座悬索桥的跨度比科隆-迪茨桥小，但施工技术比科隆-迪茨桥有了很大进步。科隆-迪茨大桥建成后的25年内，德国莱茵河上修建了4座悬索桥，其中最著名的是1929年修建的科隆-米尔海姆大桥，主跨315m。该桥虽在1945处被毁，但仍保持着自锚式悬索桥的跨径纪录。在20世纪30年代，工程师们认为自锚式悬索桥加劲梁的轴向力会使这类桥梁的力学性能接近弹性理论，因此这一时期美国和德国修建了许多自锚式悬索桥。

第三，国外现代自锚式悬索桥

日本吉化桥1

日本吉化大桥原名大阪北港联络桥，是世界上最早的超大跨度自锚式悬索桥，也是世界上唯一的英式自锚式悬索桥。1990通车。

跨径布置为(120300120)m，是现存最大的自锚式悬索桥。竖向跨度比为1/6，以减少主缆的索力，使其由横梁承受。

该桥采用单主缆，采用PWS法施工，包括30股，每股184根钢丝。索面只有一个，吊索做成倾斜状，形成三角形吊杆，与钢箱加劲梁一起，体现了英式悬索桥的特点。

钢箱加劲梁为三室箱，梁高3.17m，由于单索面，总箱宽26.5m，根据抗扭需要，箱高较大。塔呈花瓶状，但下塔柱较短。人字上塔柱只能在加劲梁段架设完成后安装。

2韩国永宗吊桥

永宗吊桥位于韩国首尔仁川国际机场至首尔市中心的高速公路上。它是世界上第一座双层交通的自锚式县电缆桥。

跨度布置为125300125m，主跨与日本家化大桥相同。竖向跨度比为1/5，以减小主索力。

塔楼设计成花瓶，高度104.6m，更加美观。电缆敷设采用空中旋转法，主缆直径46.7cm，主缆塔处横向间距受塔型限制，为6.6m，而主跨中部宽度为35m(与梁宽相同)，主缆呈现立体曲面。

加劲梁为三跨连续，其腹板与运行铁路部分下层为桁架。梁的总高度为12m，宽度为35m。上层有6个车道。有四条车道和一条双轨铁路。加劲梁的上层是一个承受巨大水平轴力的钢箱。箱体高3m，连同风口总宽度为41m。梁的施工分为八段，由一台3000t海上浮吊架设，全部放在临时排架或塔架上，然后安装吊索。

保护系统:加劲梁采用除湿保护。只要有一个传感器测量到相对湿度高于50%，除湿系统就会自动开始所有工作，直到相对湿度降到40%以下。

主缆采用S形钢丝缠绕、涂漆、干燥空气系统保护，与日本明石海峡大桥相同。

3.美国旧金山-奥克兰湾新桥

建于20世纪30年代中期的旧金山-奥克兰海湾大桥全长12.8m，是当时世界上技术水平最高的最长桥梁。至今仍是旧金山半岛到东湾的干线，车辆繁忙，每天有近28万辆车通过。设计地震力很小，其东桥(钢桁桥)在1989年里氏7.1度地震烈度下部分倒塌，故决定新建一座海湾大桥，代替现有的东桥，全长3.6km，新桥每方向桥面宽25m，包括5车道和轻轨。考虑到1500返回的地震，南侧还有一条宽4.8m的人行道。

主航道桥为独塔自锚式悬索桥，跨径385180m。两根主缆直径为0.78米，东侧(385米侧)锚固在东墩横梁上。其鞍座由箱形梁支撑，并设计成可移动的，以平衡两条主缆之间的力差。西侧主缆(180m侧)通过两个分离的索鞍环绕西墩，索鞍固定在西墩上。在施工过程中，两根主缆之间的力差通过阶梯式座板来平衡。在西墩上设计了预应力盖梁，其重量可以平衡由于桥跨不对称而在西墩上产生的恒载力，也可以用来承受西墩两根主缆的平鞍在运行荷载和地震荷载下产生的不同应力。塔高160米。主缆不是交叉的，而是固定在单个索鞍上。该塔由四根柱子组成，沿着高度方向由剪力杆连接。塔柱是一个钢箱。立柱之间用间距为3m的横隔梁连接。承台高6.5m，支撑在直径2.5m的13钢管桩上，桩内灌注混凝土，净长20m，嵌入岩石中。

上部结构由两块空心各向异性板组成，吊杆荷载分布在箱梁上，由宽10m，高2.5m，间距30m的横梁连接。横梁承受吊杆72m跨度的横向荷载，保证两箱在荷载特别是风和地震荷载作用下的整体作用。吊杆布置在两个箱体的外侧，形成一个二维索面，非常美观。

4.其他自锚式悬索桥

索洛岛大桥是一座连接韩国和Geogcum岛的大桥。跨度布置为110480m200m，矢跨比1: 8，加劲梁为钢箱梁，高跨比1: 400，桥塔为H型。从65438到0996，J.F.Klcin介绍了一种自锚式悬索桥的比较方案。跨度布置为303m950m303m，采用单根主缆。主跨中长约200m的主缆在梁内，与梁固结，结构刚度大，并设有索夹。

第四，国内自锚式悬索桥

虽然自锚式悬索桥在我国产生和发展较早，但在我国修建的很少，相关文献也很少，使得这种桥型在我国的发展远远落后于国外。2002年，世界上第一座钢筋混凝土加劲梁自锚式悬索桥在大连建成。此后，大连理工大学桥梁研究所设计了多座钢筋混凝土自锚式悬索桥，为国内桥梁建设提供了宝贵经验。

1大连金石滩金湾悬索桥

金石滩金湾悬索桥是中国乃至世界上第一座钢筋混凝土结构的自锚式悬索桥。它位于大连金石滩旅游度假区的滨海路上，横跨帆船港的入海口，成为当地一道特殊的风景。

金石滩金湾大桥主桥为自锚式混凝土悬索桥，将主缆直接锚固在加劲梁两端，使加劲梁成拱(吊拱体系)，利用主缆的水平分力来对抗拱脚的推力，从而起到系杆拱桥的系杆作用。这样既满足了中间跨通航的净空要求，又降低了主桥两端的高度，大大减少了引桥的长度，节省了投资。这种拱度还可以增加加劲梁的刚度，减小加劲梁的挠度，使桥梁在受力和经济上都取得了良好的效果。金湾悬索桥全长198m，其中主桥108m，引桥90m，主桥跨径(246024)m，桥宽10m，矢跨比1:8。它是双塔双主缆结构。主桥加劲梁采用钢筋混凝土边主梁形式，梁高1m。梁段中间浇筑横隔梁，引桥为钢筋混凝土连续梁。桥塔为钢筋混凝土门式塔，高27m，直径1.5m，主桥加劲梁和横梁采用50 #混凝土。主缆采用ф7，吊杆采用ф5镀锌高强钢丝和冷铸锚具。基础采用ф1.6m钻孔灌注桩基础。主缆穿过桥塔鞍座，不散开。主缆的两端锚固在主梁上，主缆端部的套管内设有减震器。横梁上吊杆之间的距离为3m。主桥主要施工程序为:钻孔桩基础；浇注桥墩和桥塔；架设临时支架，并在支架上浇筑加劲梁；加劲梁达到强度后，挂主缆，挂索夹，张拉吊杆。

金石滩悬殊索桥采用了全新的结构形式，总造价仅498万元，不仅取得了良好的经济效益，而且以其独特的设计为美丽的海滨城市大连增添了一道亮丽的风景，为此类桥梁的建设提供了宝贵的经验。

2.浙江省平湖市海盐塘桥

海盐塘桥位于浙江省平湖市东湖风景区。上部结构为自锚式钢筋混凝土悬索桥，跨径组合为(307030)m，全长164m；桥面总宽度为40.0米；；桥梁纵坡为2.20%。

平湖唐海燕自锚式悬索桥充分利用了自锚式悬索桥的受力特点，借鉴了同类桥梁的一些优点，并进行了改进。其主要特点是:主缆锚固在梁端，不需要修建昂贵的锚具；主梁采用钢筋混凝土箱梁，利用主缆水平分量对主梁施加自由预应力，主梁内不再配置预应力钢束；塔顶没有鞍座，主缆直接锚固在塔顶。这种桥型结构新颖，造型美观，结构轻巧，构件受力合理，材料经济，造价低于同跨度的预应力混凝土连续梁桥和部分斜拉桥。在中小跨径中是非常有竞争力的桥型。

动词 （verb的缩写）自锚式悬索桥的受力分析

1，应力原理

自锚式悬索桥的上部结构包括主梁、主缆、吊杆和主塔四部分。传力路径为:桥面重量、车辆荷载等竖向荷载通过井架传递给主缆，主缆承受拉力，而

主缆锚固在梁端，将水平力传递给主梁。由于悬索桥的水平力与主缆的矢跨比有关，因此可以通过调整矢跨比来调整主梁中的水平力。一般来说，

当跨度较大时，可适当增大矢跨比，以减小主梁中的压力，当跨度较小时，可适当减小矢跨比，以适当增大混凝土主梁中的预应力。由于主缆锚固在塔顶，为了使主塔承受的水平力最小，需要保证边跨主缆中的水平力与中跨主缆产生的水平力基本相等，这可以通过合理的跨比或改变主缆线形来调整。

此外，自锚式悬索桥中的恒载由主缆承担，而活载需要由主梁承担，因此主梁必须具有一定的抗弯刚度，具有一定抗弯刚度的箱形截面更适合作为主梁的形式。

2.结构特性

与地锚式相比，自锚式结构体系可以不考虑地质条件的影响，取消了巨大的锚锭，降低了工程造价。采用自锚式，主缆锚固在加劲梁上。与同跨度的其他桥型相比，有其独特的曲线线形和优雅的外观。现代桥梁除了满足自身的结构要求外，越来越注重景观设计，具有很大的发展前景。

自锚式悬索桥采用混凝土加劲梁，既增加了体系自重，又增加了体系刚度，使桥梁的安全性指标、适用性指标、经济性指标和美观性指标在一定跨度内得到完美统一。就结构受力而言，无疑相当于给混凝土这种抗压性能好的材料提供自锚式体系，将拉索锚固在主梁上，用主梁来抵抗水平轴力。它是免费的。预应力。所以采用了普通的钢筋混凝土结构，省去了大量的预应力装置，而且由于混凝土材料相对于钢材的经济性，大大降低了工程造价。但由于混凝土的抗拉和抗弯性能较差，在分析其受力时应综合考虑这一特性。

由于自锚式悬索桥的主缆张力传递给桥梁本身，而不是传递给锚锭，主缆张力的水平分量在桥梁上部结构产生压力，如果两端不加约束，其垂直分量将在桥梁两端产生上托力。例如，金石滩悬索桥采用两种方法来抵抗这种上托力:一种是在锚墩处设置拉压支座；二是在主桥和引桥连接处设置支架，使引桥的重量压在主梁上。

由于主梁由混凝土构成，在设计计算时必须考虑混凝土的收缩徐变，这使得混凝土自锚式悬索桥的设计比钢桥复杂。

六、施工技术

1，主塔施工

悬索桥主塔一般较高，塔身多采用翻模法分段浇筑。注意在主塔连接板处预留钢筋和模板支撑预埋件。索鞍隧道顶部混凝土应在主缆架设完成后浇筑，以利于索鞍和缆索的施工。主塔的施工控制主要是垂直度监控。每段混凝土施工完成后，在第二天早上8:00 ~ 9:00温度相对稳定时，利用全站仪对塔身垂直度进行监测，以便调整塔身混凝土施工。要避免在气温变化剧烈的时期进行试验，同时要随时观察混凝土质量，及时调整混凝土配合比。

2、鞍座结构

检查钢板顶面的标高。符合设计要求后，清理表面及其周围的销孔，吊装就位，对准销孔，将底座与钢板销接。在底座表面涂油，安装索鞍主体。索鞍由索座、底板和索盖组成，整体吊装和放置难度大。它可以通过起重机或起重设备进行吊装。索鞍的安装误差应控制在横向轴线最大误差3mm和标高最大误差3mm以内，吊装就位后，应插入销钉定位，鞍体底面应与底座紧密贴合，四周缝隙应用黄油填满。

3、主梁浇筑

主梁混凝土的浇筑与普通桥梁相同。首先，梁高的控制必须准确，预留支架的沉降变形必须准确计算。其次，梁预埋件的预埋要求精度高，特别是拉杆预留孔要有准确的位置和良好的垂直度，以保证拉杆在正常张拉时始终处于孔的中心。

主梁的浇筑顺序应从两端向中间对称施工，防止支架因偏心荷载而偏离。施工过程中，支架的沉降值应用水准仪观测，并详细记录。成型后立即复测梁线型，将实际线型与设计线型进行对比，及时反馈信息，调整下次施工。

4、电缆部门建设

(1)主缆架设

根据结构特点，主缆的架设可直接在便桥外侧或已浇筑的桥面上进行，用卷扬机和长臂汽车吊从主梁侧面吊装就位。

电缆支架:为了避免扭曲，将环形电缆放在可旋转的支架上。桥面上每隔4-5m设置缆索托辊(或草包等柔性材料)。)以保证缆索纵向移动时，缆索护套不会因与桥面直接摩擦而损坏。由于锚端的重量较大，在牵引过程中，使用小车来承载缆索的锚端。

电缆的牵引:绞车用于牵引。为了避免绳索过长，电缆的纵向移动可以分段进行。缆索运动分为三段，三个绞车分别安装在第二桥塔和缆索终端。

缆索吊装:在塔身两侧布置导向滑轮，在引桥桥面上主桥桥塔附近固定卷扬机，卷扬机配合缆索释放装置将缆索在桥面上展开。吊车主要用于起吊，避免起吊时缆索与桥塔侧面摩擦。当电缆被提升到塔顶时，将电缆提升到鞍座中。主缆安装时，桥侧布置三台吊机，分别是锚固区的吊机、主缆塔顶吊机和吊链。

拉索锚端拉到位后，在锚固区用吊装吊车安装主索锚，一次性锚固到设计位置，吊车起吊力在5t以上；塔顶放主缆的吊车是两塔两侧提升高度超过25m时，提升力超过45t的汽车吊，用于直接将主缆吊到塔顶鞍座上并就位。为了避免在吊装过程中损坏电缆，使用特殊的电缆夹来保护电缆吊点。当主缆吊装到塔顶时，由于主跨的索段比较长，为了保证吊车的稳定性，可以在适当的时候利用塔上的倒链辅助吊装。

(2)主缆调整

在制造过程中，应准确标记电缆。标记点包括锚点、索夹、索鞍和中跨位置。安装前，根据设计要求检查控制值，经设计单位同意后进行调整。根据调整后的控制值进行安装，调整一般在温度相对稳定的夜间进行。调整工作包括测量跨长、索鞍标高、索鞍预挠度、主缆垂直度标高、索鞍位移和外部温度，然后计算各控制点的标高。

主缆在锚固区用75t千斤顶张拉。首先，调整主跨中缆索的垂直标高，完成索鞍的固定。调整时，请参考主电缆上的标记，以确保电缆的调整范围。主跨调整后，边跨会根据设计提供的索力将主缆张拉到位。

(3)安装电缆夹

为了避免索夹扭曲，索夹在主索安装完成后进行。先检查厂家标注的线夹安装位置，确认无误后再剥去那里的PE护套。索夹安装采用工作篮作为工作平台，工作篮安装在主缆上(或像普通悬索桥一样设置猫道)以承载安装人员在其上操作。用蒸汽吊车吊起索夹，索夹安装的关键是螺栓的牢固程度，要分两次进行。)索夹安装到位后，先用扳手预紧，然后先用扭矩扳手拧紧，待吊杆索力加载后再用扭矩扳手第二次拧紧。索夹的安装顺序是从中跨到塔顶，边跨是从锚固点附近到塔顶。

(4)吊杆的安装和装载

吊索应在电缆夹安装后立即安装。小吊杆采用人工安装，大吊杆采用吊车安装。

由于自锚式悬索桥在荷载作用下呈现明显的几何非线性，吊杆的加载是一个复杂的过程。主缆的刚度相对主梁来说非常小。如果吊杆直接一次锚固到位，很难控制张拉设备的行程或张力，同时张拉调整全桥吊杆在经济上也不可行。为了解决这一问题，需要根据主梁和主缆的刚度和自重，采用计算机模拟的方法，得到最佳的加载方案。并在施工过程中，通过观测，对张力进行修正。

用8个千斤顶从塔柱和锚头对称拉紧吊索。吊索底部的锚为冷铸，其锚杯为内外螺纹铸造。内螺纹用于张拉时连接连杆进行千斤顶动作，外螺纹用螺母连接，将吊杆固定在锚垫上。由于自重状态下主缆标高较高，吊杆下锚头在加载前位于主梁体内，张拉时需要提供临时工作支撑和连接杆。

第一次施加1/4的设计力临时锁定每根吊杆！第二遍的顺序与第一遍相同，按照设计力完成张拉，然后检测每根吊杆的实际荷载，最后按照设计力对每根吊杆进行微调。吊索张拉过程中，塔顶和鞍座一起位移！塔根承受弯矩！这可能会导致塔根受力超限的危险，为了防止塔根受力超限！拉伸到一定程度后，根据实际观察计算分析！推动索鞍使塔顶恢复原状无水平位移，以此类推！将每根吊索的张力调整到设计值。

施工过程的控制对自锚式混凝土悬索桥施工的各个过程都非常重要，特别是在缆索施工过程中，每根吊索的索力都要及时准确地反馈。当吊索拉紧时，千斤顶的油表读数是直观的反映。此外，智能信号采集与处理分析仪通过吊索的振动来测量吊索的张力。两种方法相互校核，保证张拉时每根吊索的索力与设计一致。

七。需要进一步研究的问题

(1)更优构造方法的研究。比如将跨中主缆锚固在主梁底部，采用转体施工，可以在一定程度上克服施工难度，但如何保证大跨度情况下转体施工的稳定性，还需要进一步研究。

(2)主缆锚固点锚下应力分布研究。

(3)研究了主缆外包钢管混凝土时，吊杆在主缆上的锚固方式。

(4)吊杆和主缆合理张拉顺序的研究。

(5)新材料的研发。

(6)应力体系和理论的进一步完善。

八。结论及其发展

(1)国内工程时间证明，钢筋混凝土自锚式悬索桥在中小跨径中是一种经济美观的桥型，结构刚度比较大，适合修建中小跨径的公路桥和人行桥。

(2)对于钢筋混凝土结构的自锚式悬索桥，锚块的设计是关键环节，不仅影响结构的整体工作性能，而且影响桥梁的经济效益和美学要求，应给予足够的重视。

(3)自锚式悬索桥的主缆锚固形式与地锚式的最大区别。根据受力和锚块结构要求的不同，可采用直接锚固、分散锚固和周边锚固。

(4)由于主缆的非线性影响，吊索张力的施工控制变得尤为关键。

(5)加劲梁用钢价格昂贵，钢结构在轴力作用下容易屈曲。钢筋混凝土材料的使用正好可以克服这两个缺点。

在科学技术飞速发展的今天，分析方法越来越先进和完善，一些新颖美观的结构被设计者研究和重视。自锚式悬索桥虽然有其自身的缺点和局限性，但在中小跨径中是一种很有竞争力的方案，将越来越受到人们的重视和欢迎。这种在20世纪被长期忽视的桥型，随着社会的进步，被重新认识。随着实践经验的逐步积累，自锚式悬索桥的设计理论和施工方法将得到完善，跨越能力将得到提高。相信将来会有越来越多的方案青睐这种桥型。

更多工程/服务/采购招标信息，提高中标率，可点击官网客服底部免费咨询:/#/？source=bdzd