悬索桥的构造组成

(1)悬索桥的构造组成: 悬索桥是由主缆、加劲梁、桥塔、鞍座、锚固构造、吊索等构件构成的柔性悬吊组合体系。成桥后，主要由主缆和桥塔承受结构的自重，结构共同承受外荷载作用，受力按刚度分配。

(2)

主缆：主缆是悬索桥的主要承重构件，除承受自身恒载外，缆索本身通过

索夹和吊索承受活载和加劲梁(包括桥面系)的荷载。除此以外主缆还承担一部

分横向风荷载，并将它传递到桥塔顶部。主缆不仅可以通过自身弹性变形，而且

可以通过其几何形状的改变来影响体系平衡，表现出大位移非线性的力学特征，

这是悬索桥区别于其他桥梁结构的重要特征之一。主缆在恒载作用下具有很大的

初始张拉力，对后续结构形状提供强大的“重力刚度”，这是悬索桥跨径得以不断增大、加劲梁高跨比得以减小的根本原因。

主索鞍：主索鞍在桥塔上，用来支承和固定主缆，通过它可以使主缆的拉

力以垂直力和不平衡力的方式均匀地传递到塔顶。

(2)悬索桥的结构特点

①主缆是几何可变体，只承受拉力作用。主缆通过自身的弹性变形和几何形

状的改变来影响体系的平衡。所以悬索桥的平衡应建立在变形后的状态上。

②主缆在初始恒载作用下，具有较大的初拉力，使主缆保持着一定的几何形

状。当外荷载作用时，缆索发生几何形状的改变。初拉力对在外荷载作用下产生

的位移存在着抗力，它和位移有关，反映出缆索几何非线性的特性。

③改变主缆的垂跨比将影响结构的受力和刚度。垂跨比增大，则主缆的拉力

减小，刚度减小，恒、活载作用产生的挠度增大。

④悬索桥的跨度越大，加劲梁所受竖向活载的影响越小，竖向活载引起的变

形也越小。

⑤增大加劲梁的抗弯刚度对减小悬索桥竖向变形的作用不大，这是因为竖向变形是悬索桥整体变形的结果。加劲梁的挠度受到主缆变形的影响，跨度增大时

加劲梁在承受竖向荷载方面的功能逐渐减小到只能将活荷载传递给主缆，其自身

刚度的贡献较小。这一点和其他桥型中主要构件截面面积总是随着跨径的增大而

显著增大不同。

⑥边跨的不同形式对悬索桥有很大的影响，通常悬索桥边跨与中跨跨径比对

悬索桥的挠度和内力有影响，当边跨与中跨跨径比减小时，其中跨的跨中和L／4

处的挠度和弯矩值减小，而主缆拉力有所增加。

缆索腐蚀一般发生在钢绞线裸露的并且存在交变

应力的部位，主要存在以下几种腐蚀类型。

(1)应力腐蚀。应力腐蚀存在3个必要的条件：

1)存在产生腐蚀倾向的材料处于应力状态；2)存在

产生腐蚀倾向的材料处于电解质环境里；3)电解质里

有处于应力状态下的材料敏感的元素或物质。材料同

时具有上述3种条件就会发生应力腐蚀。比如处于高

应力状态下的钢丝在水环境或含氯离子的环境中极易

发生应力腐蚀。应力水平的高低与应力腐蚀产生的强

度存在一定的比例关系。

(2)微动磨耗腐蚀。在桥梁缆索的锚固区，由于

车辆运行产生振动，使得钢丝之间发生微小的振动和

往复的摩擦。在高应力状态下，紧邻的钢丝之间发生

电子移动而导致钢丝磨损，钢丝表面出现麻点或沟纹。麻点或沟纹进一步增加了钢丝之间的摩擦力，使钢丝

磨耗腐蚀的程度更加严重。

(3)腐蚀疲劳。桥梁缆索在交变应力作用下的腐

蚀疲劳和应力腐蚀不同，腐蚀疲劳不需要金属一环境

的特殊组合。交变应力条件下，材料发生疲劳腐蚀具

有普遍性。桥梁缆索钢丝由于任何一种腐蚀的原因使

其表面产生坑蚀或产生裂纹，在交变应力的作用下，坑蚀部位则极易产生应力集中，从而产生滑移而诱发裂纹，裂纹的内部新表面进一步发生腐蚀。随着裂纹的

不断扩展，钢丝的抗疲劳性明显降低

有悬索桥主缆现状

由于现代悬索桥在中国历史较短，中国还尚未开

展类似的调查工作。日本从1988年起对多座悬索桥

的主缆内部防护效果进行了调查，结果显示并不理想，普遍存在以下问题：1)主缆内部有积水；2)防锈腻子

已变硬、退化；3)整个主缆表面出现腐蚀，并在深层出现红锈；4)高性能的防锈腻子仅对与之接触的外层钢

丝表面起到保护作用，对其余部分不起作用；5)主缆

内部相对湿度较高，在索夹截面处与外界湿度相差无几，其余截面几乎不受外界影响。

斯公路大桥( Forth Road Bridge , 福斯桥)是

1座大跨径悬索桥,1964 年9 月建成通车。大桥在

英国爱丁堡以西约15 km 处横跨福斯湾,是苏格兰

主要道路网的重要连接线。桥上设双向4 车道, 无

硬路肩或硬路缘带, 两侧各设1 条分离式人行道/自

行车道( 见图1) 。桥上车辆通行量由该桥投入运营

第1 年的400 万辆到2007 年增加到超过2 400 万辆。2001 年大桥被认定为苏格兰重要历史建筑, 被列为

A 类建筑。

主缆除湿系统

在与欧洲、日本和美国的桥梁经营者讨论后, 决

定福斯桥安装主缆除湿系统。首先使用一层气密的

氯丁橡胶带密封主缆, 再从主缆不同位置向主缆内

注入干燥空气( 见图9) 。

除湿系统是一种防止镀锌钢材腐蚀的经过试验

证明的有效系统。虽然已经在其它桥梁的钢箱梁及

在福斯桥的锚室中应用, 但应用到悬索桥的主缆上

还是比较新的。这种主缆防护系统已安装在日本、

瑞典和丹麦的几座新建桥梁上

方案A:上方更换主缆3.1更换主缆和吊索

新主缆架设方法考虑采用2个方案，即空中编缆法(AS法)和预制平行索股法(PPWS法)。从技术上看，2种方法都是可行的。PPWS法将作为优先方案，因为这一方法在架设新主缆方面是更可控制的方法。主缆索股在工地以外的工厂环境里制作，运到工地后牵引过江。虽然牵引预制索股要比空中编缆的单根钢丝重，但牵引索股需要的猫道小，需要的设备空间比空中编缆也小。新主缆由91股预制平行索股组成，每股索股由127根单独的钢丝制成。

目前设想的是在整个悬索桥长度范围，新主缆的高度位置将比原主缆的高5.8m，这使得新主缆和原主缆间有足够的竖向间距，在完成荷载转移后，仍有足够的空间拆除原主缆。由于新主缆高程的增高，新吊索比原吊索长，由此会增加桥面结构在风载、制动荷载及牵引荷载作用下的横向和纵向位移，桥上需要设置伸缩缝来调节。在原主缆卸载，直到拆除前，要求吊索仍起横向约束作用

2锚碇方案

新主缆的锚固有2个方案，即为新主缆修建新锚碇或重复利用原锚碇。重复利用原锚碇取决于原锚碇的承载能力评估及原锚碇现在和将来在承受预期的永久和临时荷载时是否具有整体性。

尽管从技术上讲是可行的，但将新主缆锚固到原锚碇上仍是一项具有挑战性的方案，需要在有限的环境里，如在高应力钢丝组成的原主缆周围施工，且需要对这一方案进行全面调研。为新主缆修建新锚碇的方案是最有可能被采纳的方案。新锚碇方案(包括隧道锚、重力锚及地垅式锚)的特点可归纳如下:

(a)隧道锚的大小和形状与原锚碇相同。为了确保新建嵌岩隧道锚不影响原锚碇的整体性和引桥桥墩的基础，需要仔细确定新锚碇的位置。

(b)重力锚仅仅依靠其自身质量承受主缆的竖向荷载和水平力。因此，重力锚锚碇体积较大，对海滩会造成视觉影响。重力锚的优势是它不依靠埋深来受力，与其它方案比较，其挖掘量也比较小

(c)地垅式锚需要在岩石中深入挖掘。从地质勘探的角度来看，这个方案是最好的方案，也是可使整个锚碇得到长期监测的一种合格的结构方案，从而可避免出现与原锚碇相关的某些技术问题。建成后，大部分结构质量均埋在地面以下，比仅仅依靠自重质量承受主缆拉力的锚碇的视觉影响小

任何锚碇的位置都会对需要由锚碇抵抗的荷载造成影响。主缆中荷载的水平分量沿主缆长度是不变的。相对于水平方向的角度，主缆背缆中将出现荷载变化。由于这一缘故，主缆从过渡塔上下降的坡度越陡，产生的上拔力就越大。如果允许过渡塔索鞍转动，等分主缆角度，过渡塔索鞍两侧主缆的拉力将相等。原过渡塔摆轴索鞍在桥梁恒载作用下，布置为竖向，将索鞍布置为竖向的结果是由索鞍处产生、并施加到过渡塔的荷载水平分量为最小。因此，为了避免增大过渡塔上的水平载荷，决定象原有索鞍一样，将新的摆轴索鞍设置为恒载作用下的竖向考虑到过渡塔的承载能力和地面的利用，新锚碇的较好位置是将其锚室的中心线定位在原锚碇的同一中心线上，并设在原锚碇之后。这个位置有利于施工，也是因为在荷载转移到新锚碇前，需要保持原主缆不动。如将新锚碇布置在比原锚碇更靠近过渡塔的位置，需要将新主缆在原主缆周围散开，将给工程增加不必要的复杂性及费用。3.3过渡塔处人行道改造

新主缆比原主缆高5.8m，要从过渡塔上向下散开到锚碇。为了让新主缆从桥面穿过，需要加长人行道上的开口，加长长度视锚碇的最终位置而定；需要改造引桥上的原有人行道，用新的、更长的悬臂段来更换原来支撑人行道的悬臂板梁。新桥面可以是混凝土结构也可以是钢结构，钢桥面比较可取，因为它比较轻，可以抵销由于悬臂段尺寸增大而增加的部分荷载