小跨径自锚式悬索桥的受力分析

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自锚式悬索桥介绍

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 Germany1915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。

自锚式悬索桥动力特性分析与试验研究

座座体采用全铸结构。加劲梁采用由纵梁和横梁组成
的预应力混凝土格构梁体，梁宽１４．７５ｍ，梁高１．５ｍ，
车行道板厚０．２５１１３．。纵向设两道纵梁，纵梁宽１．２ｍ，间距９．９５ｍ。在距索塔中心７．０ｍ处沿纵向每隔４１ＴＩ设１道横梁，共设３０道横梁，横梁高１．４Ｉ１１＇，宽０．６ｍ。吊索在加劲梁上的锚固横向间距为ｌ３．１５Ｉｎ，纵向间
２４６．８ｍｍ，其锚固体系采用热铸锚具。吊索采用铅垂布置，在标准段间距４ｍ，索塔两侧为７ｍ，每个吊点设１根吊索；吊索采用３７丝４，７．０的预制平行钢丝束；两端均采用冷铸镦头锚，吊索锚固在加劲梁横梁内。鞍
性，为该桥运营阶段的健康诊断与损伤识别提供了基本依据。
关键词：自锚式悬索桥动力特性频率振型环境随机振动试验中图分类号：Ｕ４４８．２５；Ｕ４４６．１文献标识码：ＡＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００３ — １９９５．２０１３．１０．０１
根主缆由１４股１２７丝５．３ｍｉｌｌ的镀锌高强钢丝组成，公称抗拉强度为１７７０ＭＰａ；主缆直径为
方法是对基于哈密顿原理导得的作为分布参数系统的

自锚式悬索桥的综述

自锚式悬索桥的综述一、悬索桥的介绍悬索桥是一种结构独特、形式美观的桥梁，常见于峡谷、河流、海湾等地形复杂的地区。

基本的构造是利用主悬索和辅助悬索的组合，使桥梁跨越河谷、山峰或凹地，形成一条能够承载车辆和行人交通的道路。

目前悬索桥已成为桥梁工程领域的代表性建筑之一。

悬索桥根据其支撑方式的不同可以分为自锚式、钢管式、混凝土箱形等多种类型。

本文主要介绍自锚式悬索桥。

二、自锚式悬索桥的特点自锚式悬索桥是一种挂设在位置固定的桥墩上的悬索桥，其特点主要在于下部构件可以直接以锚固方式固定在河床、桥墩或其他位置。

因此，自锚式悬索桥不需要准备大型基础或钢管桩，也不用使用复杂的鼓型钢管。

此外，自锚式悬索桥的上部构件比较柔软，可以在桥梁发生大量变形时进行适当调整，从而保证桥梁的整体稳定性。

自锚式悬索桥不仅具有良好的适应性和稳定性，而且建设难度低，非常受到人们的欢迎。

三、自锚式悬索桥的结构自锚式悬索桥的主悬索是由一系列高强度细钢线构成的。

主悬索的锚固点通常设置在桥墩处，下级锚固点则悬挂在主悬索两端的墩柱上。

桥梁的其他部分包括主梁、侧拱、横梁、悬索和牵引索等。

自锚式悬索桥的主梁通常是钢箱梁，侧拱作为主梁的辅助结构，与横梁相连。

悬索的作用是保持桥梁的平衡和稳定，而牵引索则是将桥梁的水平力传递给桥墩。

四、自锚式悬索桥的优缺点自锚式悬索桥具有以下优点：1.建设成本低：自锚式悬索桥的基础建设相对较少，结构简单且容易锚固，因此建设成本比其他悬索桥更低；2.适应性强：自锚式悬索桥的地基要求不高，建设灵活，适应性较强，能够适应复杂的地形地貌和环境条件；3.稳定性高：自锚式悬索桥的主悬索锚固点设置在固定的地基上，增加了桥梁的稳定性。

自锚式悬索桥的缺点包括：1.桥塔高度限制：自锚式悬索桥需要固定在桥塔上，而桥塔的高度存在一定的限制，因此自锚式悬索桥的跨径也受到限制。

2.自锚式悬索桥的支承方式：由于自锚式悬索桥有一部分结构是悬挂在桥塔上，因此其支承方式受到限制，无法承受较大的水平荷载。

桥梁的分类

桥梁的分类方式很多，不同的分类方式有不同的桥梁类型，但就桥梁的结构的受力而言，总离不开拉压弯三种基本受力方式。

按照受力特点，主要分为以下五大类。

1、梁式桥特点：是一种在竖向荷载作用下无水平反力的结构。

由于外力作用方向与承重结构的轴线接近垂直,故与同跨径的其他结构体系相比，梁内产生的弯矩最大，通常需要抗弯能力强的材料(钢、钢筋混凝土等）来建造。

结构形式有:①简支梁桥:属于静定结构，受力明确，构造简单,施工方便，地基承载力要求低，是中小跨径桥梁常用的桥型②悬臂梁桥：将简支梁体向两端延伸，越过支点并与邻孔的梁段搭接或用铰轴衔接的桥跨结构便成为悬臂梁桥.仅梁一端悬出的称为单悬臂梁,两端均悬出的称为双悬臂梁.③连续梁桥：当上部承重结构连续跨过两个或两个以上桥孔，且沿桥跨方向无断开的桥梁便成为连续梁桥。

2、拱式桥特点：拱式桥的主要承载结构是拱圈或拱肋。

这种结构在竖向荷载作用下，拱的两端支承处除有竖向反力还有水平推力，正是这个水平推力显著削弱了荷载所引起的拱圈（或拱肋）内的弯矩。

因此，与同跨径的梁桥相比,拱桥的弯矩和变形要小很多。

拱桥通常采用抗压能力强的圬工材料(如石料、混凝土）、钢筋混凝土和钢来建造。

结构形式：（1）按照拱上建筑的型式，可分为实腹式拱桥和空腹式拱桥（2）按照桥面位置,可分为上承式拱桥中承式拱桥和下承式拱桥。

3、悬索桥特点：悬索桥，又名吊桥指的是以通过索塔悬挂并锚固于两岸(或桥两端)的缆索（或钢链）作为上部结构主要承重构件的桥梁。

其优点在于成卷的主缆易于运输，构件较轻，便于无支架悬吊拼装.然而，相对于其他体系而言，悬索桥自重轻,结构刚度差，在车辆荷载和风荷载作用下,桥梁有较大的变形和振动.结构形式：（1）按主缆锚固方式分为地锚式和自锚式两大类.地锚式悬索桥的主缆拉力传递给地基。

它既可用于一般跨径的桥梁,也可用于特大跨径的桥梁。

（2）按孔跨布置形式可分为单跨悬索桥、三跨悬索桥和多跨悬索桥.其中三跨悬索桥的布置形式应用最多.特点：它是梁（或板)和立柱(或竖墙）整体结合在一起的一种刚架结构。

自锚式悬索桥监测数据分析

1工程概况某桥梁主桥为5跨连续钢桁架桥塔自锚式悬索桥,半漂浮体系,跨径布置40m+90m+220m+90m+40m。

桥梁中跨为220m,主缆垂跨比为1/5.5,主缆在横桥向的间距为36m。

桥面纵坡为双向1%,主桥设半径为11000m的竖曲线。

主梁采用整幅钢箱梁,主桥有索区钢箱梁宽43.3m,配重跨无索区宽40m。

钢箱梁梁高在有索区为3m,配重跨为2.3m,顶板为正交异性板结构。

主缆通过焊接在钢梁上的锚板锚固于主梁上,锚固处梁高局部加厚为4.8m。

主塔在洪水位以上采用钢桁架结构,以下为钢筋混凝土塔座。

桥面以上塔高45.05m,主塔中心横桥向间距为36m,塔座为钢筋混凝土结构。

主缆及吊杆为平面布置,全桥共设两根主缆,横桥向的中心间距为36m。

桥塔侧吊索距桥塔中心线水平距离为11m,其余吊索水平间距为9m。

90m边跨内共设置吊杆7对,220m 主跨内共设置吊杆23对。

结构体系约束情况为:4#、5#、6#、7#桥墩分别设置一个单向支座和一个双向支座;5#、6#支座设置横向限位支座和阻尼器; 3#、8#过渡墩上各设置两个双向支座。

考虑到桥梁结构特殊,综合历年检测情况,为保证桥梁在设计使用寿命内的安全运营,并提升桥梁工程的管理水平,建立了一套功能全面、性能优良、稳定耐久、经济合理的结构健康监测与安全评价系统,以诊断荷载和响应异常情况下可能发生的结构损坏,保证结构的运营安全,在灾难性极端事故发生后,及时提供安全评价的实时材料,并为桥梁检查、养护和自锚式悬索桥监测数据分析Data Analysis of Self-Anchored Suspension Bridge Monitoring李贵祥，杜世康（北京九通衢检测技术股份有限公司，北京100000）LI Gui-xiang,DU Shi-kang(Beijing Jiutongqu Testing Technology Co.Ltd.,Beijing100000,China)【摘要】为保证桥梁在设计使用寿命内的安全运营，某自锚式悬索桥安装了健康监测系统，在监测期间内，利用数据清洗技术，剔除异常数据后，结果表明主梁位移未达到满载设计值，主梁位移状态正常；现场索力增量平均值均未超过预警值，吊索工作状态正常；倾角监测数据正常，风速风向、温湿度环境监测类数据正常，桥梁目前主体受力处于合理范围之内，桥梁运行安全。

混凝土自锚式悬索桥极限跨径分析

ｂｔｉｅｆｓｄｄｅ，ａｄｔａｉｆｓｃｎｈａｅｌａｏｌｖｏｄ．Ｔｈｌｉｔｐｎｌｎｔｘｒｓｉｎｏｏｈｓｄｓｏａｌｎｈｅｒｔｏｅｏｄｐｓｏｄｔｉｅｌａｏｅｕｔｍａｅｓａｅｇｈｅｐｅｓｏｆ
摘
要国内自锚式悬索桥的兴建方兴未艾，而该结构的极限跨径在桥梁界论述较少。就此问题从结
构因素出发，过研究主缆线性矢跨比、通边跨和中跨比值、高和主跨比、座左右主缆切角、期荷载塔鞍二和活载比重等因素对极限跨度的影响，导了双塔三跨混凝土自锚式悬索桥的极限跨度表达式。并结推
ｓｌ— ｎｈｒｄｓｓｎｉｎｂｒｄｅ，ｔｅａａｔｃｎｌｓｓｗａｅｆｒｄ，ａｄｈｌｉｔｓａｅｇｈｗａｅｆａｃｏｅｕｐｅｓｏｉｇｈｐｒｍｅｒａａｙｉｓｐｒｏｍｅｉｎｔｅｕｔｍａｅｐｎｌｎｔｓ
合目前混凝土自锚式悬索桥常用的材料特性、材料用量、常的结构布置形式，混凝土加劲梁自锚式通对悬索桥的极限跨度进行参数分析，出了混凝土自锚式悬索桥的极限跨度。给
关键词桥涵工程，自锚式悬索桥，限跨度，劲梁极加
ｃｎｒｔｅｆａｃｏｅｕｐｎｓｏｂｉｇｓｗｉｕｌｐｌｎａｄｈｅｓａｓｏｃｅｅｓｌ－ｎｈｒｄｓｓｅｉｎｒｄｅｔｄｏｂｅｙｏｓｎｔｒｅｐｎｗａｄｄｃｄｎｈｓｐａｅ．ｈｓｅｕｅｉｔｉｐｒＡｃｏｄｎｏｔｅｃｍｍｏｍａｅｉｌｃｒｃｅｉｔｓ，ｍａｅａｏｓｍｐｉｎ，ｇｎｒｌｌｙｕｆｐｅｅｔｃｎｒｔｃｒｉｇｔｈｏｎｔｒａｈａａｔｒｓｉｃｔｒｌｃｎｕｉｔｏｅｅａａｏｔｏｒｓｎｏｃｅｅ

小型悬索桥受力分析

2．计算方法整体分析必须联系该桥施工方法进行。本桥施工步骤为：施工主塔→满堂支架架设主梁→架设主缆→安装吊索→张拉吊索至设计索力（部分主梁落架）→全桥落架→完成桥面系施工。注意到悬索桥的几何非线性和结构的落架过程为非线性接触问题，作者确定了如下计算步骤：按满堂支架进行一次施工仿真分析→调试吊杆拉力并反复选代计算确定实际支撑方式和节点坐标→完成活载计算→恒、活载内力组合。在整个计算中，确定吊杆张拉后的实际支撑方式和节点初始坐标是计算的关键。确定支撑方式和节点初始坐标的基本思路是：首先将节点坐标近似取为成桥状态的节点坐标，支撑方式接满堂支架进行施工计算，按照施工步骤，将吊杆拉力调试至指定值，判别支撑受力情况，
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根据整体计算结果，单根主缆的最大应力为 6820kN，因此，应力放大系数为 6.82，因此，钢板的最大应力为 82MPa。根据以上分析结果，可以认为，锚箱钢板在外力作用下的应力水平较低，是安全的。 2．主梁端部主缆锚固区应力分析（1）分析模型的建立利用对称性，取主梁端部锚固区沿桥横向一半为研究对象，按对称性取对称面的约束，主街架端点处理为固定端，以整体计算的支座反力模拟端横梁底面的支座作用，桁架中的钢管根据弹性模量的比例换算为混凝土。全结构采用三维八节点实体单元模拟。有限元计算模型如图 8 所示。
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小跨径自锚式悬索桥的受力分析
贾丽君董冰肖汝诚孙斌刘煜（同济大学桥梁工程系）
【摘要】小跨径悬索桥是城市桥梁的一种可选桥型，与大跨径悬索桥相比，受力分析有其特殊性。本文以某市一钢结构自锚式人行独塔悬索桥为例，介绍其结构分析方法。关键词悬索桥结构分析局部应力
三、局部应力分析小跨径悬索桥局部应力问题主要出现在塔顶锚箱和主梁端部主缆锚固区，为此对该区域进行了局部应力分析。 1．塔顶锚箱应力分析

自锚式悬索桥的综述

跨度较大时，可以适当增加其矢跨比，以减小主梁内的压力，跨度较小时，可以适当减小其矢跨比，使混凝土主梁内的预压力适当提高。由于主缆在塔顶锚固，为了尽量减少主塔承受的水平力，必须保证边跨主缆内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径比来调节，也可以通过改变主缆的线形来调节。
一般索桥的主要承重构件主缆都锚固在锚碇上，在少数情况下，为满足特殊的设计要求，也可将主缆直接锚固在加劲梁上，从而取消了庞大的锚碇，变成了自锚式悬索桥。
过去建造的自锚式悬索桥加劲梁大多采用钢结构，如1990 年通车的日本此花大桥，韩国永宗悬索桥、美国旧金山——奥克兰海湾新桥、爱沙尼亚穆胡岛桥墩等。2002年7月在大连建成了世界上第一座钢筋混凝土材料的自锚式悬索桥——金石滩金湾桥墩，为该类桥墩型的研究提供了宝贵的经验。此后在吉林、河北、辽宁又有4座钢筋混凝土自锚式悬索桥正在设计和设计和建造中。
三、国外现代自锚式悬索桥
1、日本此花大桥
日本此花大桥原名大阪北港连络桥，是现有的最早修建的特大跨径自锚式悬索桥，又是世界上唯一的英国式自锚式悬索桥。1990年通车。
跨径布置为（120+300+120）m，是现有最大跨径的自锚式悬索桥。垂跨比叫大，为1/6，以减小主缆的索力，使能为梁所承受。
④采用混凝土材料可克服以往自锚式悬索桥用钢量大、建造和后期维护费用高的缺点，能取得很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很有竞争力的方案。
⑥由于采用钢筋混凝土材料造价较低，结构合理，桥梁外形美观，所以不公局限于在地基很差、锚碇修建军困难的地区采用。
到20 世纪，自锚式悬索桥已经在德国兴起。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-迪兹桥，当时主要是因为地质条件的限制而使工程师们选择了这种桥型，该桥主跨185m，用木脚手架支撑钢梁直到主缆就位。此后，美国宾夕尼亚州的匹兹堡跨越阿勒格尼河的3座桥和在日本东京修建的清洲桥都受科隆-迪兹桥的影响。虽然科隆-迪兹桥1945年被毁，但原桥台上的钢箱梁仍保存至今。匹兹堡的3座悬索桥比科隆-迪兹桥的跨径要小，但施工技术比科隆-迪兹桥有了很大的进步。科隆-迪兹桥建成后的25年内在德国莱茵河上又修建了4座悬索桥，其中最著名的是1929年建成的科隆-米尔海姆桥，该桥主跨315m，虽然该桥在1945年被毁，但它至仍然保持着自锚式悬索桥的跨径记录。在20世纪30年代，工程师们认为自锚式悬索桥加劲梁的轴力将使该种桥梁的受力性能接近于弹性理论，所以这段时间美国德国修建了许多座自锚式悬索桥。

关于自锚式悬索桥分析理论的探讨

在纵向的变形以及吊索的倾斜，其他
值．所以．对于自锚式悬索桥．有了挠度理论与弹性理论相同结果的巧合，这
一
点不同于传统的地锚式悬索桥。当然，式（）是在吊索不可以伸长５
的基础上得出的。如果吊索在括载作用下可以伸长，那么，根据式（）２和式（）４．
维普资讯
的水平分力，Ｍ为相应等效简支梁的恒载弯矩，ｖ为活载作用下主缆和主粱同时产生的变形，其他符号同弹性理
论。
对戎（）进行详细分析，２
悬索桥分析理论的探讨
魏标肖春李建中同济大学土本工程学院
同分析理论对于自式悬索挤６适用性，井锚寺与恃境的地锚式悬幸桥柞了卑分对比主要
拜击了弹性理跨和挠崖理论均遣Ｊ干白锚文ｆｌ悬索挤的阿题＝
Ｍ＝Ｍ．一Ｈ【＋ｐ（ｆ）５）
弹性理论用普通结构力学即可求解，计算方便，而且用弹性理论简化的结构具有线弹性性质，叠加原理对它适用。但是，弹性理论没有考虑恒载对竖向刚度的贡献，也没有考虑大位移的非线性影响。
（）２
（）６对比武（）和式（６１）可以看出，对于自锚式悬索桥的静力分析，由于吊素的伸长，采用弹性理论偏于
其中，Ｈｎ由恒载产生的主缆拉力为
桥上时，主缆的几何形状及长度保持不变．同时假定主缆无弯曲刚度，吊索长度不因活载ｑ作用而伸长，如图１示所（此时主缆和主粱的竖向位移

悬索桥分类

2、自锚式

特点：
（1）自锚式悬索桥的主缆拉力是直接传递给它的加劲梁来承受。垂直分力(一般较小)通过连杆支座传给桥台。加劲梁负担大，因此自锚式悬索桥的跨度不宜过大。否则，为了抵抗巨大的主缆水平分力，加劲梁的截面将非常庞大而很不合理与经济。（2）自锚式悬索桥的另一缺点是施工比较困难，一般必须先架设加劲梁，然后再架设主缆。（3）自锚式悬索桥的优点是适宜用于两岸地基承载力较差，特别是软土的桥位。另外对城市闹区跨河桥梁可以避免影响景观或无法布置的庞大的主缆锚碇建筑物。
四、悬索横向布置

1、形式：习惯上为双主索(或四主索)布置，近年也出现单索布置形式，实例：日本的北港大桥仅设一根主索，为了吊桥的横向稳定而将吊杆横向斜放。特点：满足结构受力要求的条件下，避免了缆、索交错的繁杂感，视觉印象简洁明了，造型别致，优美。但设计理论、结构构造方面有争论。
2、刚性吊桥有单链和双链两种结构形式

单链吊桥是指一个吊杆平面内仅设一根悬索，这种形式
在半跨有活载作用下要产生S形变形。双链吊桥是指在吊杆平面内设有两根悬索，特点：（1）下链的形式是根据桥面半跨有活载时，用适合该荷载的力多边形来定出，下链不再产生变形，于是吊桥此时将不发生S形变形。（2）因此双链吊桥体系显示出比单链吊桥有大得多的刚度，因而从根本上解决了刚度不足的问题。（3）双链吊桥中的加劲梁内力较单链吊桥小，加劲梁所需钢材减少，虽然悬索和吊杆比单链吊桥多用一些钢材，总的用钢量不会增加。（4）但是双链构造复杂，外形较差。目前修建的仍然多采用单链，尤其大跨径吊桥自重所占比例大，活载引起的S形变形是很小的，为了简化构造，均采用单链吊桥。

博斯普鲁斯海峡一桥

自锚式悬索桥的特点与计算

自锚式悬索桥的特点与计算一、悬索桥计算原理1、恒载内力：柔性的悬索在均布荷载作用下，为抛物线形。

悬索的承载原理，功能等价于同等跨径的简支梁。

简支梁的跨中弯矩 M=QL²/8悬索拉力作功 M=H*F悬索水平拉力 H= QL²/(8*F)悬索座标 Y=4*(F/ L²)*X*(L-X)悬索垂度 F 悬索斜率 tg α=4*(F/L)*(L-X)悬索最大拉力 Tmax=H/COS α=H*SEC α2、活载内力：在集中荷载作用时，悬索的变形很大，为满足行车需要，需要通过桥面加劲梁来分布荷载，弯矩由桥面加劲梁来承担，悬索的变形与桥面加劲梁相同。

桥面加劲梁为弹性支承连续梁，它不便手工计算，采用有限单元法计算则方便。

（1）弹性理论：不考虑在恒载和活载的共同作用下产生的竖向变形和悬索水平拉力的增加。

加劲梁的弯矩：弹性理论 M=M-h*y式中：简支梁的活载弯矩M，悬索座标y，活载引起的水平拉力h。

（2）变位理论：考虑在恒载和活载的共同作用下产生的竖向变形和悬索水平拉力的增加，这种竖向变位与悬索的水平拉力所作的功，将减小桥面加劲梁的弯矩。

加劲梁的弯矩：变位理论 M=M-h*y-(H-h)*v 式中：活载产生的撓度v二、自锚式悬索桥计算原理自锚式悬索桥的内力计算复杂，应采用非线性有限单元法来计算。

对于几何可变的缆索单元，需作加大弹性模量的应力刚化处理。

悬索作为几何可变体系，活载作用的变形影响很大，是非线性变形影响的主要因素。

本文采用线性有限单元法作简化计算的方法，是先按线性程序计算出活载撓度，修正活载撓度的座标以后，再用线性有限单元法作迭代计算。

即采自锚式悬索桥计算可采用有限单元程序解决，而施工矛盾很突出，需要寻求合理的施工办法。

采用复合钢管砼、钢管砼、加劲钢管作加劲梁，配合钢筋砼或正交异性板钢桥面，能够解决自锚式悬索桥存在的问题。

按照一般桥梁的常用形式，城市桥梁可以加设悬挑人行道，作了系列跨径的探索计算，以探求自锚式悬索桥大、中、小跨径的内力变化和变形规律。

悬索桥的结构原理、力学性能及建造方法

悬索桥的结构原理、力学性能及建造方法一、原理悬索桥中最大的力是悬索中的张力和塔架中的压力。

由于塔架基本上不受侧向的力，它的结构可以做得相当纤细，此外悬索对塔架还有一定的稳定作用。

假如在计算时忽视悬索的重量的话，那么悬索形成一个双曲线。

这样计算悬索桥的过程就变得非常简单了。

老的悬索桥的悬索一般是铁链或联在一起的铁棍。

现代的悬索一般是多股的高强钢丝。

二、结构悬索桥的构造方式是19世纪初被发明的，许多桥梁使用这种结构方式。

现代悬索桥，是由索桥演变而来。

适用范围以大跨度及特大跨度公路桥为主，当今大跨度桥梁全采用此结构。

是大跨径桥梁的主要形式。

悬索桥是以承受拉力的缆索或链索作为主要承重构件的桥梁，由悬索、索塔、锚碇、吊杆、桥面系等部分组成。

悬索桥的主要承重构件是悬索，它主要承受拉力，一般用抗拉强度高的钢材（钢丝、钢缆等）制作。

由于悬索桥可以充分利用材料的强度，并具有用料省、自重轻的特点，因此悬索桥在各种体系桥梁中的跨越能力最大，跨径可以达到1000米以上。

1998年建成的日本明石海峡桥的跨径为1991米，是目前世界上跨径最大的桥梁。

悬索桥的主要缺点是刚度小，在荷载作用下容易产生较大的挠度和振动，需注意采取相应的措施。

三、性能按照桥面系的刚度大小，悬索桥可分为柔性悬索桥和刚性悬索桥。

柔性悬索桥的桥面系一般不设加劲梁，因而刚度较小，在车辆荷载作用下，桥面将随悬索形状的改变而产生S 形的变形，对行车不利，但它的构造简单，一般用作临时性桥梁。

刚性悬索桥的桥面用加劲梁加强，刚度较大。

加劲梁能同桥梁整体结构承受竖向荷载。

除以上形式外，为增强悬索桥刚度，还可采用双链式悬索桥和斜吊杆式悬索桥等形式，但构造较复杂。

桥面支承在悬索（通常称大揽）上的桥称为悬索桥。

英文为Suspension Bridge，是“悬挂的桥梁”之意，故也有译作“吊桥”的。

“吊桥”的悬挂系统大部分情况下用“索”做成，故译作“悬索桥”，但个别情况下，“索”也有用刚性杆或键杆做成的，故译作“悬索桥”不能涵盖这一类用桥。

悬索桥分类

悬索桥分类
悬索桥可按主缆锚固方式、主缆线形、悬吊跨数、悬吊方式、支撑结构等方式分类。

按主缆锚固方式分为地锚式和自锚式悬索桥。

大多数悬索桥采用地锚式，主缆通过锚碇将拉力传给地基，是大跨度悬索桥最佳受力模式，锚碇处要求地基承载力大。

自锚式悬索桥将主缆直接锚固在加劲梁两端，无需设置锚碇结构，加劲梁直接承受主缆传来的水平分力，适用于两岸地基承载力较差，特别是软土地区的桥位，自锚式跨度不宜太大。

按主缆线形分为双链式和单链式悬索桥。

双链式是在一个吊杆平面内设有两根主缆，两根主缆具有不同的线形，为克服半跨有荷载作用时加劲梁产生的S形变形，应用双链式结构具有较大的刚度，对非对称荷载的适用性强，但构造复杂，常作为景观桥建造。

单链式是在一个吊杆平面内仅设单一线形的悬索主缆，整个悬索桥设两根平行主缆，现代大跨径悬索桥一般采用单链式结构。

按悬吊跨数分为单跨、两跨、三跨和多塔多跨悬索桥。

单跨悬索桥适合于边跨地面较高、采用桥墩支承边跨的结构；两跨悬索桥是一个边跨与主跨的加劲梁是悬吊的，另一个边跨的梁体由桥墩支承的结构；三跨悬索桥结构受力合理、线形流畅对称。

按悬吊方式分为竖直吊索、三角斜吊索、竖直和斜吊索混合式、悬吊一斜拉组合体系悬索桥。

按加劲梁的支承结构分为单跨两皎、三跨两铰和三跨连续悬索桥。

按加劲梁材料类型分为钢箱梁、钢桁梁和预应力混凝土加劲梁悬索桥。

自锚式悬索桥的特点与计算

而中、小跨径采用正交异性板钢桥面时，对的活载相比例大，即重力刚度小，桥面的变形挠度过大，也是不合理的。
式中Ｋ一一结构刚度矩阵
一
节点位移向量
（）主缆最大拉力亦随跨径的加大而增大，２它不能采用悬索桥的计算公式来简单计算，要采用非线需
收稿日期：０１０ —０修改日期：０１１ —８２１—９３；２１—００作者简介：杨大海（９２，，１８一）男安徽阜阳人，硕士，安徽省交通规划设计研究院工程师
性结构，索桥一般跨径较大，以在对其进行分析悬所
《工程与建设》２１年第２卷第６０１５期７１３
索桥，但其设计理论和施工方法的研究还不够全面，因此，自锚式悬索桥的设计理论进行研究十分对
必要。
自锚式悬索桥不同于一般的悬索桥，它的主缆直
接锚固在加劲梁的梁端，由主梁直接承受主缆中的水平拉力，需要庞大的锚碇，不节省了大量投资，给中这
固端采用钢板焊板锚箱并采用扁担梁传力；种桥这型结构新颖，型美观，构轻巧，件受力合理，造结构用材经济，一种在中小跨径内非常具有竞争力的是
桥型。
表１主要的自锚式悬索桥
梁的梁端外，其余分构造都采用了和现代悬索桥相
似的形式。蚌埠市大庆路自锚式悬索桥充分利用自锚式悬索桥的受力特性，鉴了同类桥梁的一些优点，借

自锚式悬索桥施工技术发展探索董晓金

自锚式悬索桥施工技术发展探索董晓金发布时间：2023-07-02T05:40:37.790Z 来源：《建筑实践》2023年8期作者：董晓金[导读] 自锚式悬索桥因其优美的造型受到人们越来越多的关注，得到了广泛的应用，目前自锚式悬索桥正向大跨度、复杂体系、从内陆到海上更深层次发展。

本文对自锚式悬索桥的历史、国内外发展情况进行概述；通过国内外研究资料，从材料，矢跨比、拱度、混凝土收缩徐变及非线性影响，总结分析此种结构体系的力学性能，评述各方面的优劣；论述了已建自锚式悬索桥的不同施工技术与方法以及需待解决的问题。

重庆交通大学土木工程学院重庆 400074摘要：自锚式悬索桥因其优美的造型受到人们越来越多的关注，得到了广泛的应用，目前自锚式悬索桥正向大跨度、复杂体系、从内陆到海上更深层次发展。

关键词：自锚式悬索桥；施工技术；力学性能；评述自锚式悬索桥是悬索桥的一个特殊形式，它同一般的悬索桥相比，主要有以下两个特点：一是不需要庞大的锚锭，而是把主缆锚固到桥面或加劲梁的两端，这既节省了昂贵的锚碇费用，也给不具备修建锚锭条件的地方建设悬索桥提供了新的途径；由于自锚式悬索桥不需建造锚锭，使得自锚式悬索桥造型更简洁、更美观，更适合在城市修建，自锚式悬索桥已成为城市景观桥梁之一。

二是自锚式悬索桥的主梁要承受较大的轴力，从受力角度讲，主缆对主梁施加了强大的免费预应力，使主梁受力大为改善；从施工角度讲，主梁一般要在主缆架设之前完成，这种与一般悬索桥施工顺序相反的桥梁在应用上受到了限制，一方面受轴力影响，跨度不可能过大，适合于中等跨度的桥梁；另一方面受施工条件的影响，浅水河流施工更为成熟。

一、自锚式悬索桥的发展历程（一）国外历史回顾从建造历史来说，自锚式悬索桥并不是一种新桥型。

悬索桥简介

悬索桥编辑[xuán suǒ qiáo]悬索桥，又名吊桥（suspension bridge）指的是以通过索塔悬挂并锚固于两岸（或桥两端）的缆索（或钢链）作为上部结构主要承重构件的桥梁。

其缆索几何形状由力的平衡条件决定，一般接近抛物线。

从缆索垂下许多吊杆，把桥面吊住，在桥面和吊杆之间常设臵加劲梁，同缆索形成组合体系，以减小活载所引起的挠度变形。

中文名悬索桥别名吊桥英文名suspension bridge发明时间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缺点刚度小，容易产生振动目录1原理2结构3性能4特点5历史6建造方法7主要案例▪历史回顾▪受力分析▪施工工艺▪主要问题▪影响分析8世界排名1原理编辑悬索桥中最大的力是悬索中的张力和塔架中的压力。

由于塔架基本上不受侧向的力，它的结构可以做得相当纤细，此外悬索对塔架还有一定的稳定作用。

假如在计算时忽视悬索的重量的话，那么悬索形成一个双曲线。

这样计算悬索桥的过程就变得非常简单了。

老的悬索桥的悬索一般是铁链或联在一起的铁棍。

现代的悬索一般是多股的高强钢丝。

2结构编辑悬索桥的构造方式是19世纪初被发明的，许多桥梁使用这种结构方式。

现代悬索桥，是由索桥演变而来。

适用范围以大跨度及特大跨度公路桥为主，当今大跨度桥梁悬索桥悬索桥全采用此结构。

是大跨径桥梁的主要形式。

悬索桥是以承受拉力的缆索或链索作为主要承重构件的桥梁，由悬索、索塔、锚碇、吊杆、桥面系等部分组成。

悬索桥的主要承重构件是悬索，它主要承受拉力，一般用抗拉强度高的钢材（钢丝、钢缆等）制作。

由于悬索桥可以充分利用材料的强度，并具有用料省、自重轻的特点，因此悬索桥在各种体系桥梁中的跨越能力最大，跨径可以达到1000米以上。

1998年建成的日本明石海峡桥的跨径为1991米，是目前世界上跨径最大的桥梁。

悬索桥的主要缺点是刚度小，在荷载作用下容易产生较大的挠度和振动，需注意采取相应的措施。

为什么悬索桥的跨越能力如此强

因为悬索桥的主体结构做到了没有弯矩，只承受拉力。

这几乎是效率最高的结构体系。

简单说，拿筷子做类比。

随便一用力就可以把筷子掰断，这就是筷子在受弯；但几乎很少有人能够把筷子拉断，这就是筷子在受拉。

几乎所有的材料，受拉的效能都要远远高于受弯的效能。

（具体的分析，可以参照这个回答：为什么对木棍，铁棒等，折断比拉断更容易？）再举个例子，想想一下晾衣服。

受弯的例子就是晾衣杆，木头的、竹子的、金属的，这些杆子都要有足够的直径，否则很容易就被衣服压断了；受拉的例子则是晾衣绳，很细的一根绳子，所用的材料比木杆子少得多，晾上衣服之后下垂的弧度很大，但一般情况下很难被拉断。

与轴心拉压相比，受弯是一个效率极低的承载方式。

一定程度上，提高结构效能就是尽量的把受弯转化为受拉或者受压。

如果同时能够做到尽量减轻结构自重，那就更完美了。

拱结构就是转化为受压的例子，而悬索桥则是转化为受拉的例子。

a 图就是最普通的梁式桥，完全依靠受弯承载。

这种形式非常常见，地铁、高架、小型公路桥梁，几乎全部是这样的。

右边是它的截面的应力分布，上下表面大，中间位置几乎为零。

也就是说，整个截面的应力并不是平均分配的，而是存在一个“水桶效应”，尽管中间位置几乎没有应力，但是，只要上下边缘达到了极限，整个截面就离破坏不远了。

上下边缘处的应力就是这个水桶最短的那块木板。

既然中间截面几乎为零，那么为什么不把它们省略呢？于是，就有了 b 图这种开孔梁。

截面中间部位应力很小的那些地方被省去，减轻了自重。

拉压应力集中在上下边缘处。

把这个趋势进一步扩大，也就是把原来的梁式结构进一步格构化，去掉应力小的部位，保留最基本的部位，我们就得到了 c 图的这种桁架结构。

d 图是它的大致内力分布，红色受拉，蓝色受压。

它的截面分布更加合理，上弦杆件受压，下弦杆件受拉，中间没用的部位全是空的。

著名的南京长江大桥就是这样的结构形式。

如果把这个最优化的趋势做到极致，那就达到了 e 图这种的悬索结构。

中、小跨径人行悬索桥桩锚锚碇设计

中、小跨径人行悬索桥桩锚锚碇设计摘要：人行悬索桥中采用桩锚锚碇的案例很少，但是当受地形、地貌以及地质条件限制时，桩锚锚碇在中、小跨径人行悬索桥中也具有一定的优势。

本文讨论中、小跨径人行悬索桥可以采用的锚碇形式以及各种锚碇形式的优缺点，通过实际案例分析桩锚锚碇的可行性，为类似桥梁设计提供参考。

关键词：人行悬索桥；锚碇；桩锚；基础；桥梁设计1概述随着经济的飞速发展，我国旅游资源开发展也在如火如荼的进行中，很多风景名胜区中均处于深山峡谷之中，为吸引游客，景区会巧妙利用景区中的山川河流，打造各式各样的旅游观光项目，比如溜索、缆车、高空自行车、索道桥、人行悬索桥等跨越河流、深山、峡谷，其中人行悬索桥尤为吸引游客，比如采用了玻璃桥面、格栅桥面的人行悬索桥给人以通透、刺激的体验，颇受广大游客的青睐。

自张家界景区云天渡人行悬索桥成功运营以来，国内掀起了一波修建人行悬索桥浪潮。

随着我国科技发展，新技术、新材料、新工艺、新设备在人行悬索桥中得到了大量应用，使得人行悬索桥的发展已经较为成熟。

桥梁造型、结构形式也有很多类型，而且修建人行悬索桥会遇到各式各样的地形、地貌及地质条件，若地质条件较好，可采用隧道锚、岩锚；若场地开阔，可以选择重力式锚碇。

但是在山坡陡峭、地质条件差的地区，采用尺寸较小的桩锚锚碇更加经济、适用。

2中、小跨径人行悬索桥可选锚碇及各自优缺点中、小跨径人行悬索桥可以采用的锚碇形式有重力式锚碇、隧道式锚碇和岩锚，桩锚。

（1）重力式锚碇通过设置基础或直接将锚体设置在地基上，完全靠自重或以自重为主来平衡主缆拉力的锚碇为重力锚。

主缆拉力通过锚固系统传给锚体，再通过锚体经基础或直接传给地基，通过锚体或基础与地基接触面之间的摩阻力，以及锚前岩土水平抗力来平衡主缆拉力的水平分力。

重力锚从受力机理上可分为完全重力锚和重力嵌岩锚。

当从适用性来讲，重力锚几乎使用于所有场合。

重力式锚碇结构简单、刚度大、施工简便、受力明确，能承受较大的垂直荷载和水平荷载。

悬索桥结构分析与挠度分析

二、实地走访，访问当地人们，咨询相关专家，完成现有浦城及乡镇留存下来的桥梁（从结构设计、人文、历史方面）的调查报告。
悬索桥结构分析与挠度分析
一、什么是悬索桥二、悬索桥的分类三、悬索桥的结构分析四、悬索桥的挠度分析
什么是悬索桥
悬索桥的分类悬索桥的结构分析悬索桥的挠度分析
悬索桥又称吊桥，主要用于跨度较宽的河流。充分利
用材料强度，并具有用料省、自重轻、跨径大的特点。悬
索桥是各种桥梁体系中跨越能力最大的桥梁之一，跨径可达 1000米以上。
悬索桥的主要缺点是刚度小，在荷载作用下容易产生较大的
挠度和振动，需要采取相对应的技术措施。
悬索桥的分类
什么是悬索桥悬索桥的结构分析悬索桥的挠度分析
悬索桥按主梁刚度弯曲大小分类可分为柔性悬索桥
和刚性悬索桥。
柔性悬索桥的桥面系一般不设加劲梁，因而刚度较小在车
辆荷载作用下，桥面将随悬索形状的改变而产生S形的变形，对行车不利，但它的构造简单，一般作用于临时性桥梁。
悬索桥的分类
悬索桥的结构分析
一、缆索的分析
一根跨度为 l 的等载面柔性缆索，它的两端分别固定于A点和B点处。这两点高度为 h。假设该缆索承受沿缆索水平投影上呈均匀布满的恒载W，坐标原点设于A 点处。缆索上任意一点的横坐标距 x 处的竖向坐标y 可根据C点左边所有力对C 点的力矩平衡方程来求解。
悬索桥的结构分析
什么是悬索桥
悬索桥的分类
悬索桥的挠度分析
索塔与主缆的联合通常采取这样的方式实现：
（c）索鞍固定于索塔顶面，而索鞍上没有置于索鞍上可以自由转动的轴，主缆隔在此轴上，其转动轴与索鞍的联结比较复杂
（d）主缆固定于索鞍上而索鞍又固定于索塔顶处，索塔的底面与桥墩联结处设置一个铰，主缆的塔顶藉塔身前后摆动可顺桥梁纵向移动，但施工复杂。