1.4 悬索桥

悬索桥（也称吊桥）是一种古老的桥型，是用悬挂在塔架上的强大缆索作为主要承重结构的桥梁。现代悬索桥由主缆、索塔（包括基础）、锚碇、吊索、加劲梁、鞍座及桥面系等组成。其中，主缆、索塔和锚碇构成主要承重结构，被称为第一承重体系。悬索桥的梁主要起提供桥面、传递荷载及维持抗风稳定的作用，因而被称为加劲梁，而不是主梁。悬索桥的索塔通常采用混凝土、钢或钢-混凝土组合结构，主索和吊索为钢丝束（或绳），加劲梁一般采用钢结构，边跨可采用钢、混凝土或组合梁结构。在受力特点上，悬索桥以高强度钢丝作为主要承重材料，具有自重轻、柔度大、跨越能力强的特点，极限跨径约5 000 m。

按照悬索桥中加劲梁支承构造的不同，悬索桥可分为单跨两铰、三跨两铰和三跨连续悬索桥等三种常用形式。按照跨数不同，悬索桥的结构形式可分为单跨悬索桥、三跨悬索桥和多跨悬索桥，其中单跨悬索桥和三跨悬索桥最常见。按主缆的锚固方式不同，悬索桥可分为地锚式悬索桥和自锚式悬索桥。绝大多数悬索桥采用地锚式锚固主缆，即主缆通过重力式锚碇或者隧道式锚碇将荷载产生的拉力传至大地来达到全桥的受力平衡。这是大跨度悬索桥最佳的受力模式。在较小跨度的悬索桥中，也有自锚式锚固主缆的形式。这种自锚式悬索桥的主缆在边跨两端将主缆直接锚固于加劲梁上，主缆的水平拉力由加劲梁提供轴压力自相平衡，不需要另外设置锚碇。这种桥式的加劲梁要先于主缆安装施工，因此加劲梁在施工中必须被临时支撑，可能对通航和泄洪产生影响。同时，在200～400 m的同等跨径条件下，自锚式悬索桥相对于其他体系桥梁（如斜拉桥、拱桥等），造价较高。

（1）世界悬索桥的发展。

世界悬索桥发展历程同样经历了古代、近代和现代三个历史时期，如图1-59所示。

远在公元前3世纪，我国四川省的灌县就出现了“笮”，即竹索桥。1706年建成的四川泸定县大渡河铁索桥，主跨103 m，是当时世界上的最大跨径悬索桥，至今仍保留完好。现代悬索桥的构造方式最初是在19世纪初被发明的，适用范围以大跨度及特大跨度公路桥为主，是目前世界上跨越能力最强的桥型。

世界上第一座采用钢丝的现代化悬索桥为美国的布鲁克林大桥，建于1883年，主跨为500 m，主缆材料强度约为1 200 MPa。相比于国外，建于1995年的主跨452 m的广东汕头海湾大桥被誉为中国第一座大跨度现代悬索桥，其主缆索股材料强度约为1 500 MPa。

据统计，目前世界主跨跨径最长的十大悬索桥中，有4座来自中国，见表1-5。目前在建的狮子洋大桥和张靖皋长江大桥南航道桥主跨分别为2 180 m和2 300 m，建成后将包揽前两名位置。

世界现代化悬索桥在20世纪经历了四次发展高峰。

第一次高峰：20世纪前二十年，美国各地建成了多座小跨度城市悬索桥。1930年前后是美国修建大跨度悬索桥最兴旺的时期。1931年，首座主跨跨径突破千米的悬索桥——纽约华盛顿桥建成。1937年，金门大桥建成，主跨跨径达1 280 m。这是现代化悬索桥第一次发展高峰。

第二次高峰：在1940年美国塔科马大桥风致振毁后，悬索桥的发展暂时进入低谷时期。人们认识到了大跨桥梁设计中风对桥梁的影响，进入了抗风动力稳定性研究时期，同时对已经修建的悬索桥进行全面的反思和加固。20世纪50年代，风洞实验的兴起使得欧美悬索桥迎来了第二次发展高峰。进入20世纪60年代后，美国和欧洲在悬索桥的修建上呈现齐头并进的趋势，其中以美国主跨1 298 m的韦拉札诺海峡大桥和英国主跨988 m的赛文桥为主要代表。

第三次高峰：随着日本本四联络桥的修建，世界悬索桥的发展中心逐渐移向亚洲，悬索桥的建设出现了以欧洲与日本为双中心的第三次发展高峰。其中，以英国主跨1 410 m的亨伯桥和日本主跨1 100 m的南备赞濑户大桥为代表。

第四次高峰：20世纪90年代，进入修建悬索桥的鼎盛时期。于1998年建成的主跨达1 991 m的日本明石海峡大桥标志着世界悬索桥发展中心正式移至亚洲。

中国自1995年建成国内首座大跨度现代悬索桥——广东汕头海湾大桥，在悬索桥数量上后来居上，并修建了主跨1 377 m的青马大桥、主跨1 385 m的江阴大桥及主跨1 490 m的润扬大桥，目前已成为世界上拥有悬索桥数量最多的国家。

悬索桥最大跨径变化历程（见图1-60）。

统计显示，中国是现在世界上拥有悬索桥数量最多的国家，美国、日本、挪威紧随其后。欧美等国家的悬索桥数量在进入21世纪后增长速度缓慢，近十年中，数量没有太大的变化（见图1-61）。中国现代化悬索桥的发展虽然起步较晚，但是在近20多年间发展迅速，悬索桥数量增长速度远超世界其他国家。欧美、日本等一些起步较早的国家，已经从悬索桥的建设高峰期逐步转为关注悬索桥的养护管理，在悬索桥数量上趋于稳定。

（2）国内悬索桥的发展。

悬索桥凭借独特的力学特性、超强的跨越能力，在我国的跨江大桥中运用相当广泛。重庆、江苏、广东、湖南等省市因所辖区域江河纵横，地形复杂，对大跨悬索桥的需求格外突出。

中国早年就开始尝试现代悬索桥建设，但我国现代悬索桥技术起步较晚，20世纪80年代以前，我国建造的悬索桥跨度都不超过200 m；20世纪80年代以后，我国开始尝试大跨悬索桥的建设并得到了迅速发展。20世纪90年代，悬索桥发展中心自欧洲转移至亚洲。1995年，主跨跨径为452 m的广东汕头海湾大桥标志着中国现代悬索桥开始发展。

目前中国建成600 m以上跨径悬索桥已经达到57座，在世界600 m以上跨径悬索桥总数中占比约50％。从统计数据（见图1-62）可以看出，自20世纪90年代，中国现代悬索桥的发展是从发展地锚式大跨悬索桥开始；20世纪90年代到21世纪的前十年，是中国地锚式大跨悬索桥的建设高峰。至2012年前后，地锚式大跨悬索桥在数量上已逐渐稳定，与欧美、日本等国家发展悬索桥的经历相似，我国地锚式大跨悬索桥的重心也逐步由建设转为养护。2006年前后，我国主跨跨径在150 m以上的自锚式悬索桥进入发展高峰期。