超级悬索桥

    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。其缆索几何形状由力的平衡条件决定，一般接近抛物线。从古至今，悬索桥都是跨越能力最大的桥型。现代悬索桥起源于中国古代索桥，后扩散至全世界。

    索桥始于古人智慧，古时后遇到不宽不深的河水溪流，人们会在河中摆放一些石块，或是将石板搁放在石堆上，或是将树干搭放在两岸，这样就可踏石或踏木过河。待技艺有所发展后，就可建造一些跨度十分有限的木梁桥、石梁桥和石拱桥。

    相比而言，在崇山峻岭之中造桥，难度就要大得多。古代人大概是从山林间动物借助藤蔓攀援而得到启示，发明了以藤、竹、草等自然界材料加工成索来造桥的办法，逐步创造出了索桥。  

    简单的方式是在两岸固定一根索，一头高，一头低，这样人就可借倾斜之势滑越渡河。这就是最原始的渡河工具——溜索。溜索通常只能渡人，而且危险。多用几根索，上下布置，索间用藤或绳连结成网状，或者直接用藤编成网，就成为索网桥或藤网桥，过河也相对安全了。后来出现了多索的形式，即一部分索平铺在下面，上铺木板形成较宽的桥面，一部分索高置两侧，兼做扶手和护栏，这样的索桥，既可以行人，也可过渡货物、牲畜，这就是早期的索桥。

    随着社会的进步发展，古代中国开始逐步把铁索应用于桥梁，将金属锻打成环，环环相扣，形成铁链。最早关于铁链的描述，出现在西晋，直至公元6至7世纪，同一时代的史书中才开始出现关于铁链桥的记载。  

    从新航路开辟以来，东西方之间通过宗教、文化、商业交流，使欧洲逐步了解到古代中国的索桥技术。最早的铁索桥，是1741年英格兰建成的温奇人行桥，其主缆采用小尺寸铁环制成的铁链。1801年，美国人詹姆斯建造了雅各布桥，这座桥由熟铁链杆组成，并设置了索塔、锚碇及水平布置的桥面，后因这样的构造有利于行车，被广泛采用。在美国，小查尔斯·埃利特采用熟铁丝制索，1842年建成费尔蒙特桥，1849年建成跨度达308米的威林桥，成为当时世界第一大跨桥。同一时期的约翰·罗布林也大展身手，1854年建成尼亚加拉瀑布悬索桥，1866年又建成跨度322米的约翰·罗布林桥，1883年建成举世闻名的布鲁克林大桥，跨度跃升至空前的486米。由此，拉开了现代大跨度悬索桥建设的帷幕。  

    中国早年就开始尝试现代悬索桥建设，直到90年代悬索桥建设才迎来快速发展期。几十年以来，中国悬索桥建设发展迅猛，建造了西堠门桥、润扬大桥等一批世界级别的桥梁，令世人瞩目。如今，武汉杨泗港大桥，跨度达1700米，而千米级跨度的三塔悬索桥（如泰州长江公路大桥、安徽马鞍山长江大桥、武汉鹦鹉洲长江大桥等）和用于高铁交通的悬索桥（如五峰山长江大桥等），成为中国悬索桥的技术创新亮点。

    武汉杨泗港大桥作为长江上首座双层公路悬索桥，是世界上工程规模最大的双层悬索桥。其造型独特兼具色彩，可丰富“建桥之都”武汉“桥梁博物馆”的内涵，成为武汉长江主轴上的新名片。

    镇江五峰山长江特大桥是新建连镇铁路线上跨越长江的高速、重载公铁两用悬索桥，也是江苏境内继南京长江大桥和正在建设中的沪通长江大桥之后的第三座长江公铁两用“过江通道”。是连接连淮扬镇新建铁路和京沪高速公路南延的关键节点工程，是中国高速铁路第一座现代悬索桥

    回顾悬索桥几千年的发展历史，大体可以简单归纳为：起源于中国，革新与英法，发展与美国，突破于日本，再次崛起在中国。

    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。现代悬索桥通常由主缆、加劲梁、桥塔、鞍座、锚碇、吊索等构件构成。

    主缆：主缆是悬索桥的主要承重构件。除承受自身恒载外，主缆本身又通过索夹和吊索承受活载和加劲梁(包括桥面)的恒载。除此之外，主缆还承担一部分横向风载，并将它直接传递到桥塔顶部。主缆有钢丝绳和平行线钢缆等，由于平行线钢缆弹性模量高，空隙率低抗锈性能好，因此大跨度悬索桥的主缆都采用这种形式。现代悬索桥的主缆多采用直径5mm的高强度镀锌钢丝组成，设计中一般将主缆设计成二次抛物线的形状。

    加劲梁：加劲梁的主要功能是提供桥面和防止桥面发生过大的挠曲变形和扭曲变形。加劲梁是承受风荷载和其他横向水平力的主要构件，长大悬索桥的加劲梁均为钢结构，一般采用桁架梁形式和箱梁形式。目前看来预应力混凝土加劲梁仅适用于跨径500m以下的悬索桥。在长大悬索桥设计中，加劲梁宽度与主跨径的比例，即宽跨比将是一个涉及风动稳定的突出问题。由于板梁作加劲梁抗风稳定性很差，因此现在已不再用板梁作为长大悬索桥加劲梁了。

    桥塔：指的是支承主缆的重要构件。索塔结构有多种类型，桥塔是支撑主缆的重要构件。悬索桥的活载和恒载(包括桥面、加劲梁、吊索、主缆及其附属构件，如鞍座和索夹等的重量)以及加劲梁主承在塔身上的反力，都将通过桥塔传递到下部分的塔墩和基础。桥塔采用钢结构，随着预应力混凝土和爬模技术的发展，造价经济的混凝土桥塔将有发展的趋势。常用的桥塔形式沿桥纵向布置有单柱形、A形和倒Y形，沿桥横向布置有单柱形、双柱形、门式、斜腿门式、倒V形、倒Y形、A形等。

    鞍座：鞍座是支承主缆的重要构件，通过它可以使主缆中的拉力以垂直力和不平衡水平力的方式均匀地传到塔顶式锚碇的支架处。鞍座可以分为塔顶鞍座，设置在桥塔顶部，将主缆荷载传到塔上；锚固鞍座(亦称扩展鞍座)设置在锚碇的支架处，主要目的是改变主缆索的方向，把主缆的钢丝绳股在水平及竖直方向分散开来，并把它们引入各自锚固位置，为了减少塔顶鞍座处钢丝的弯曲次应力，塔顶鞍座弯曲半径一般为主缆主径的8-12倍；而扩展鞍座必须按照钢丝绳股的水平曲率半径的 倍以上来确定鞍座的形状。

    吊索：吊索也称吊杆。是将活载和加劲梁的恒载传递到主缆的构件。吊索的布置形式有垂直式和倾斜式等。其上端与索夹相连，下端与加劲梁连接。吊索宜用有绳蕊的钢丝绳制作，其组成可以是一根、二根或四根一组。

    锚碇：锚碇是主缆的锚固体。锚碇将主缆的拉力传递给地基基础。通常采用的有重力式锚碇和隧洞式锚碇。重力式锚碇依靠巨大自重来抵抗主缆的垂直分力，水平分力则由锚碇与地基间的摩擦力或嵌固力来抵抗。隧洞式锚碇则是将主缆中的拉力直接传递给周围的基岩。

    悬索桥主要结构形式有：

    单跨悬索桥：有地形条件或线路平面条件来决定。它适合于边跨地面较高，两个桥塔已位于岸边，主缆边跨陆地无需主缆悬吊，采用桥墩来支撑边跨的得梁体结构比较经济，或者曲线偏移无法利用边跨主缆悬吊时采用。在结构的受力特性方面，单跨悬索桥由于边跨主缆的垂度较小，对荷载引起的变形稍微有力。

    两跨悬索桥：当只有一岸的边跨地面较高或线路有平面曲线进入时，可以采用两跨悬索桥的形式，即一个边跨与主跨的加劲梁是悬吊的，另一边跨的梁体是由桥墩支撑的形式。

    三跨悬索桥：三跨悬索桥是最常见的一种形式，它的结构特性也比较合理，迄今为止世界上的大跨度悬索桥大部分采用这种形式。

    多跨悬索桥：相对于三跨悬索桥来说，通常将四跨及以上的称为多跨悬索桥或多塔悬索桥。

    自锚式悬索桥：主缆拉力水平分力直接传递给加劲梁承受；竖直分力由断支点承受。适宜跨度不打、软土地基、城市桥等。

    双链式悬索桥：双链式悬索桥的恒载及均布活载由上下链平均负担，非均布活载以及半跨活载时结构的受力及变形特性较好，分散构件受力可减小构件截面尺寸和单件重量。

    21世纪的桥梁在悬索桥设计越来越成熟的基础上，必将更加重视美学、景观的设计和环境保护，达到科技、人文、环保的完美结合。