懸索橋是一種古老的橋型，起源于中國，革新于英國，發(fā)展于美國，廣泛應用于日本。它因具有跨度大、美觀、架設方便等特點而得到廣泛的應用。隨著高強鋼絲和優(yōu)質材料的出現(xiàn)，架設工藝的改進以及計算理論和手段的不斷完善，懸索橋正朝長、大方向發(fā)展，并因其在大跨度方面具有較大的優(yōu)勢而成為現(xiàn)代大跨徑橋梁家族中的重要成員。
從 1816 年，英國建成了第一座具有現(xiàn)代意義的懸索橋——跨徑為 124m、以鋼絲做主索的人行吊橋起，工程界開始重視對懸索橋的理論研究。1823年納維爾發(fā)表了加勁梁懸索橋理論，認識到豎向撓度隨著恒載的增加而減少。到 19 世紀末，懸索橋的跨度達到200~300m 。1883 年列特和 1886 年列維分別發(fā)表了彈性理論，這使懸索橋的跨徑達到了 500m 以上。1888 年米蘭提出了撓度理論，利用該理論分析的第一座橋是曼哈頓（ Manhattan ）大橋（主跨徑為 448m ）。到 1931 年，撓度理論使懸索橋的跨度增大了一倍，且突破了 l000m ，這就是跨越哈得孫河的喬治•華盛頓（George •Washington ) 大橋（主跨 1067m ）和舊金山金門（ Golden Gate ）大橋（主跨 1280m ）。懸索橋的發(fā)展至今已有近 200 年的歷史，它是大跨徑（尤其是1000m 以上的特大跨徑）橋梁的主要形式之一，其優(yōu)美的造型和宏偉的規(guī)模，常被人們稱為“橋梁皇后”。 1966 年英國塞文（ Severn ）橋的加勁梁首先采用流線型扁平鋼箱梁，增大了橋梁抗風性能和抗扭剛度，且用鋼量少、維護方便。 1970 年丹麥小貝爾特（ Small Belt ）橋的鋼箱梁首先采用箱內空氣干燥裝置，增強了防腐性能?？鐝綖槭澜绲谝坏拿魇{大橋懸索橋的抗震設計成功地經受了 1995 年日本神戶大地震考驗。我國雖然很早就開始修建懸索橋，但是其跨徑和規(guī)模遠不能同國外現(xiàn)代懸索橋相比。
我國懸索橋發(fā)源甚早，已有 3000 余年歷史。其發(fā)展大致可分為古代懸索橋、近代懸索橋和現(xiàn)代懸索橋三個時期。
古代懸索橋：在我國四川境內，遠在公元前 250 年就有李冰所建的人行“笮橋”。漢宣帝甘露四年建成長百米的鐵索橋，它比英國在 1741 年修建的鐵鏈懸索橋要早 1800 年。古代懸索橋只適用于人畜通過，跨長小于 130m , 面窄無加勁梁，上下波動較大。
近代懸索橋：1858一1949 年修建的懸索橋歸為近代懸索橋。近代懸索橋與古代懸索橋相比，其進步之處首先是按力學理論進行靜力分析計算，其次以鋼索代替鐵鏈，設高塔和加勁梁，改纜頂面上承為纜底面下承，提高了載重量和穩(wěn)定性，可供汽車等車輛通行。我國近代第一座公路懸索橋是湖南能灘橋。
現(xiàn)代懸索橋：自 1949 年至今，我國建成懸索橋約為 50 座，跨徑也大幅度地提高。 20 世紀 50 年代所建的懸索橋，基本上為通行汽一10 級單車道橋，有加勁式和柔式兩種形式。 20 世紀 60 年代我國懸索橋修建較多，不少橋跨徑超過 150m ，最大的為 186m 。20 世紀 90 年代以前，我國相繼建成 60 多座懸索橋，但跨徑小、橋面窄、荷載標準低。直至 1997 年建成通車的香港青馬大橋（主跨達到 1377m）才使我國懸索橋的跨徑超過了l000m ，隨后 1999 年 9 月建成通車的堪稱“中國第一、世界第四”的江陰長江公路大橋（主跨達到 1385m ) 和 2005 年 4 月建成通車的潤揚長江公路大橋南漢橋（主跨達到 1490m ，建成后位居“中國第一、世界第三”）的跨徑也超過了1000m ，在世界上已經建成的主跨超過了 1000m 的 18 座特大跨徑鋼箱梁懸索橋中占得 3 席［2 , 5 ］ 。這些橋梁的建成大大縮小了我國與國外懸索橋梁建設水平的差距。
表 1-2 和圖 1-2 為國內外著名的特大跨徑懸索橋［ 2 , 3 , 6 ］。
1．2 加勁梁常用結構形式
作用在纜索支承橋梁上的絕大部分外荷載是由加勁梁和與其相結合的橋面板所承受。這是因為全部車輛荷載均作用于橋面板上，而大多數(shù)情況下加勁梁的恒載和承風面積均比纜索體系的大。因此加勁梁必須能夠承受和傳遞局部荷載，并在將整個荷載傳遞給主墩的過程中，對纜索體系起著決定性的輔助作用[1]。
1 . 2 . 1 斜拉橋常用加勁梁結構
由于受拉索的支承作用，加勁梁的受力性能不僅取決于自身的結構體系，同時與塔的剛度、梁塔的連接方式、索的剛度和索形等密切相關，所以加勁梁在設計時一般都要綜合考慮梁、塔、索三者之間的關系。加勁梁的截面形式應該根據跨徑、索距、橋寬等不同需要，綜合考慮結構的力學要求、抗風穩(wěn)定性、施工方法等選用[ 7 ]。斜拉橋常用的加勁梁結構形式通常有下列四種類型：
1. 鋼梁
鋼梁的主要優(yōu)點是跨越能力大，施工速度快，質量可靠程度高。但是鋼加勁梁價格較昂貴，后期養(yǎng)護工作量大，抗風穩(wěn)定性較差。圖 1-3為 San Francisco 一Oakland Bay Bridge 東跨斜拉橋的鋼加勁梁截面形式。
斜拉橋常用的鋼梁形式為鋼箱梁。表 1-3為我國主跨 500m 以上斜拉橋采用的主加勁梁類型。
由表 1-3 可以發(fā)現(xiàn)， 90 年代以來，大多數(shù)斜拉橋都采用鋼箱梁作為主加勁梁，國內外的經驗表明，加勁的鋼箱梁橋是大跨徑公路橋梁最有效的結構形式之一，以其承載力和重量而言，為一種非常有效的結構體系，可以達到（此詞被過濾）類型加勁梁無法達到的大跨度[3]。圖 l-4 為南京長江第二大橋主加勁鋼箱梁截面形式。
2 ．混凝土梁混凝土梁的主要優(yōu)點是：
?。?）造價低。但是對于跨徑較大的斜拉橋，混凝土加勁梁的低造價難以抵消由于混凝土自重大而導致拉索和基礎額外增加的費用。
（2）剛度大撓度小。在汽車荷載作用下，混凝土梁產生的主要撓度約為類似鋼結構的 60 ％左右。
（3）抗風穩(wěn)定性好。這是由于混凝土結構振動衰減系數(shù)約為鋼結構的兩倍。
?。?）后期養(yǎng)護比鋼橋簡單便宜。
3. 疊合梁疊合梁即在鋼加勁梁上用預制混凝土橋面板代替常用的正交異性鋼橋面板。它除具有與鋼加勁梁相同的優(yōu)點之外，還能節(jié)約鋼材用量，且其剛度和抗風穩(wěn)定性優(yōu)于鋼加勁梁。疊合梁一般采用雙鋼加勁梁，其斷面形式常用實腹開口工字形、箱形、 n 形等。圖 1 —5 為疊合梁典型結構[7] 。
4. 混合梁在中孔大跨全部或者部分采用鋼加勁梁，兩側采用預應力混凝土梁，這種結構稱為混合梁。其優(yōu)點是：
?。?） 加大了側跨加勁梁的剛度和重量，減少了主跨的內力和變形。
?。?） 可以減少或者避免邊跨端支點出現(xiàn)負反力。
?。?） 邊跨 PC 梁容易架設，主跨鋼梁也可以較容易地從主塔開始用懸伸法連續(xù)架設。
?。?） 減少全橋鋼梁長度，節(jié)約造價。這種橋型特別適合邊跨與中跨比值較小的情況。德國 Kurt 一Schoemacher 橋、日本的生口（ Ikuchi ）橋、法國的諾曼底（ Normandy ）橋和我國的武漢白沙洲大橋都采用了混合式加勁梁。
1 . 2 . 2 懸索橋常用加勁梁結構
懸索橋的加勁梁一般都采用鋼結構。早期以鋼桁梁為主，個別中小跨徑的懸索橋也有采用鋼板作為加勁梁。 1940年11 月被風振毀的美國塔科馬 ( Tacoma ）橋，其加勁梁就是下承式鋼板梁。由于鋼板梁的抗風性能不佳，所以世界各國較大跨度的懸索橋從此不再用鋼板梁〔 8 〕 。塔科馬橋重建時采用鋼桁梁作為加勁梁。
1 ．鋼箱梁
采用流線型鋼箱結構作為懸索橋加勁梁是從 1966 年建成的英國賽文 ( Severn）橋開始的〔 8 〕 ，其斷面如圖 1 一 6 所示。歐洲研究者發(fā)現(xiàn)，正交異性板鋼箱作為加勁梁，梁高較小，外形類似機翼，空氣動力性能好，橫向阻力小，大大減小了塔的橫向力；頂板直接作橋面板，恒載輕，抗扭剛度大，主纜截面可以減小，從而降低用鋼量和造價。
我國懸索橋普遍采用鋼箱作為加勁梁。針對桁架梁作為加勁梁的優(yōu)劣，專家們有著不同的意見。由于我國已修建的幾座大跨徑懸索橋，橋面瀝青鋪裝相繼出現(xiàn)了早期嚴重破壞，有的橋梁工作者認為，一方面鋼箱梁作為加勁梁還有一些方面值得改進，如鋼箱梁橋面板的局部撓度以及箱體的通風和降低鋼箱梁鋪裝層的溫度等；另一方面桁架梁作為加勁梁，還有不少優(yōu)點，如加勁梁剛度大，橋面溫度相對低，還可解決雙層交通等，因而主張使用木行架梁作為加勁梁表 1 一 4 為我國主跨在 450m 以上的懸索橋采用的主加勁梁形式。
