人行悬索桥设计浅谈

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第1卷　第7期产业科技创新　2019，1（7）：71~72Industrial Technology Innovation 人行悬索桥设计浅谈
常　佳
（河南省交通科学技术研究院有限公司，河南　郑州　450015）
摘要：鉴于目前景区人行悬索桥流行及大范围的建设，文章综合介绍了人行悬索桥的总体设计及计算要点，并对人行悬索桥桥塔、锚碇、主缆、索夹、索鞍等的构造和计算做了总体分析。

关键词：人行；悬索桥；总体设计；设计流程
中图分类号：U448.25　文献标志码：A 文章编号：2096-6164（2019）07-0071-02
悬索桥是通过索塔悬挂并锚固于两岸（桥两端）的缆索作为上部主要承重构件的桥梁。

悬索桥作为桥梁类型的一个分支，尤其优点明显，跨越（公路，不良地质段，河流）能力大，施工速度快，造价低。

随着景区旅游蓬勃发展，景区人行悬索桥成为了能够适应复杂地形，施工迅速，投资回报高的娱乐项目。

悬索桥结构总体论述：
图1　悬索桥立面构造图
由图1可知，人行悬索桥总体结构主要构成为：桥塔、锚碇、主索、索夹、吊杆基础等。

在进行设计之前，必须搞清楚所在地的基本气象、水文、地质条件，并根据安全施工及运营的要求，获得设计所需的各种数据。

人行悬索桥总体设计细分为如下：材料设计、荷载作用设计、桥塔设计、锚碇设计、主缆设计、吊索设计、索夹设计、索鞍设计、桥面系设计、支座及伸缩缝设计、结构防护设计、抗风设计。

1　人行悬索桥主要构成部分
桥梁主缆是整个结构体系的主要承重构件，承担了全桥的所有动载及静载；桥塔为桥梁抵抗竖向荷载的主要承重构件。

主要承担主索传递下来的竖向力及水平风力、地震力；吊索是将桥面加劲梁、外荷载传递到主缆的传力构件，是联系加劲梁和主缆的纽带，主要受拉；锚碇是锚固主缆的结构，它将主缆的索力传递给地基；桥塔基础和锚碇基础是将竖向力及弯矩传递给地基的载体。

2　人行悬索桥的设计参数，设计参数选择
人行悬索桥设计要根据桥位所在的地质条件，在满足基本荷载及安全的前提下，科学和经济的设计恒载（包含桥面、主缆、吊杆、加劲梁和桥面系）。

人行悬索桥在整体构造设计时需要考虑宽跨比、矢跨比、主索中距、加劲梁的连接和支撑体系，以及桥塔和锚碇的构造型式选择。

作用组合：作用代表值为：结构自重、人群荷载、风力、温度作用、地震作用。

恒载和活载组合采用《桥涵设计通用技术规范》（JTJ021）执行。

3　主要构造分析，桥塔
桥塔是支撑主缆，并将荷载通过基础传递给地基的结构。

桥塔分为刚性塔、柔性塔。

主要结构型式主要采用两侧塔柱及横梁组成的门式框架结构。

桥塔的变形允许范围为容许变形（不大于）:纵向为跨径的1/250～1/300，横向为跨径的1/150。

桥塔的结构计算分为纵横两个方向结构计算，桥塔的主要控制力为竖向力，在计算时候必须对桥塔稳定性进行计算。

锚碇：锚碇是锚固主缆索股，承受主缆拉力，将桥梁整个荷载传递给地基的载体，主要分为重力式锚碇及隧道式锚碇。

计算时要进行抗滑及抗倾覆计算。

主缆：主缆是以桥塔和支墩作为支撑载体，通过吊索悬挂加劲梁的缆索。

人行悬索桥主缆可以优先采用钢丝绳主索、平行钢丝主索。

主缆应力安全系数K ≥2.5（主缆钢丝计算应力/采用钢丝绳或者钢绞线容许抗拉强度）。

吊索：吊索是连接连接桥面和主索，并将荷载传递给主索的构件。

通常为合金圆钢或者镀锌钢丝绳。

如果用圆钢进行铸造，那么下端通过螺帽与加劲梁连接，上部为叉型结构，通过螺栓与索夹下伸件连接。

吊索的应力安全系数K ≥3.0。

索夹：索夹是在悬索桥架设过程中，连接主缆和吊索的主要构件。

索夹计算分为螺栓应力计算和索夹强度及抗滑计算。

索鞍：
作者简介：常佳（1984- ），男，河南郑州人，硕士，工程师，主要从事公路及市政桥梁设计及计算方面研究。

产业科技创新　Industrial Technology Innovation
72Vol.1　No.7
索鞍是由鞍槽，座体和底板组成。

索鞍是提供主缆的支撑，索鞍是设置于锚跨和边跨间并且使主缆平顺的改变方向的装置。

再计算索鞍时候，索鞍的抗滑系数K≥2.0。

桥面系：桥面系分为柔性桥面和刚性桥面。

柔性桥面系由横梁、纵梁、桥面板组成。

刚性桥面一般为钢箱梁、钢桁架梁，叠合梁组成。

桥面板的计算可以按照多跨连续梁来计算。

结构防护：结构防护分为钢结构防护，索结构防护，砼防护。

4　悬索桥主要尺寸及布置
悬索桥主要尺寸指的是跨径、矢高、塔高，吊杆间距，锚索的倾角，桥面板的型式，悬索的横向间距。

跨径布置：人行悬索桥跨径要根据地形地貌，先确定桥塔和桥台位置，然后在确定悬索桥的跨径，。

边跨和中跨比例经常控制在1∶2或者1∶4。

人行悬索桥的边跨通常不设置吊杆。

主索矢高和塔高：中跨的主索矢高通过大量的理论分析和实践，控制在1/12～1/10，在确定完矢高后，桥塔的高度由桥面的高程加上跨中吊杆高度和矢高来确定。

吊杆间距：吊杆间距直接涉及到桥面的材料用量以及桥面的构造，一般吊杆的间距在3 m～5 m。

人行悬索桥一般铺设玻璃或者木板，桥面宽度一般在2.4 m。

锚索倾角：悬索桥边跨与水平线夹角要尽量控制在30°～40°，这样做是为了减少主索和边索的内利差，同时，边索的倾角越大，主索产生的水平力也就越大，对于人行悬索桥来说不经济。

横截面布置：悬索桥在横截面内通常布置两根主索，吊杆与主索在同一竖直面内。

主索的横向间距或者加劲梁的横向间距，是由横向刚度和稳定性来决定的。

5　悬索桥的设计计算
悬索桥的内力计算经历过弹性理论、挠度理论、有限位移理论三个阶段。

对于人行悬索桥来说，由于现代软件的发展，我们可以通过有限元软件通过计算机进行精准的计算，为了保证计算结果的精确，我们尽量采用有限位移理论进行计算。

6　悬索桥受力特征
主缆的受力特征主缆是结构中的主要受力构件，其线型直接影响到了整个体系的受力分配和变形。

（1）主缆主要承受张力作用，主缆可以通过自身几何变形来改变和影响体系平衡，表现出大位移的力学特征。

（2）主缆在桥面及吊杆的恒载作用下产生了初始张力，使得主缆维持一定的几何形状。

初始张力对后续结构形状提供强大的“重力刚度”，这就是悬索桥跨径得以不断增大的关键。

桥塔的受力特征：桥塔是悬索桥抵抗竖向荷载的主要受力构件，在外荷载的作用下，桥塔是以受压为主，并希望桥塔在外荷载作用下产生的弯曲内里要小，以减小主塔由于徐变带来的桥塔改变，增加结构对抗外荷载的能力。

主塔在外荷载的作用下受力特征表现为两种形式：（1）恒载作用下，主塔基本无弯曲内力。

（2）恒载和活载及地震力作用下，主塔正负弯矩基本对称。

加劲梁的受力特征：加劲梁是保证悬索桥结构刚度的二次结构，在保证行人正常通行情况下，主要承受弯曲内力。

吊索受力特征：吊索是将桥面的外荷载传递到主缆的传力构件，是联系加劲梁和主缆的纽带，承受轴向拉力。

吊索内恒载初始力的大小，既决定了主缆在成桥状态的真实索行，也决定了加劲梁的恒载弯矩。

7　人行悬索桥设计计算，结构型式
一般人行悬索桥的跨径都在300 m之内，采用单跨的柔性吊桥是合理的，其中锚碇可以根据地形和地质情况采用重力式锚碇或者隧道式锚碇。

设计的主要技术参数：人行悬索桥在适应地形、水文、地质等的自然条件下，也要符合桥面通行的要求。

人行悬索桥要解决的总体设计包含了矢跨比，宽跨比，矢高，主索中距以及高跨比，加劲梁的高宽比等。

（1）跨度比：人行悬索桥跨径要根据地形地貌，先确定桥塔和桥台位置，然后在确定悬索桥的跨径，。

边跨和中跨比例经常控制在1:2或者1:4。

人行悬索桥的边跨通常不设置吊杆。

（2）矢高：矢高是衡量主索线型和主索张力的尺度。

在桥涵工程中，矢度既是矢高和跨距的比值。

主索中距和宽跨比：主索中距指的是主缆的中心间距，宽跨比指的是主索中距和主跨跨度的比值。

人行悬索桥系统设计：在荷载作用下，人行悬索桥的主索会产生几何变形和内力的变化，所以，正确分析荷载作用下的受力状况成为了设计的关键点。

我们通过现在有限元分析软件进行精准的分析计算，建立悬索桥系统设计分析数学模型。

然后通过软件分析出设计所需数据。

8　结语
文章对人行悬索桥的构造及计算进行了简要的论述和分析。

人行悬索桥不同于大型的公路悬索桥，但是受力体系，组成部分有很多相似之处，希望能解决景区人行悬索桥的一些构造疑惑以及对同类桥梁提供参考。

参考文献：
[1]　陈仁福. 大跨悬索桥理论[M]. 成都：西南交通大学出版
社，2015.
[2]　项海帆. 桥梁概念设计[M]. 北京：人民交通出版社，
2011.
[3]　周新年. 工程索道与悬索桥[M]. 北京：人民交通出版社，
2013.。