作者：趙海清

一. 云南懸索橋前世今生

云南境內(nèi)懸索橋建設(shè)歷史，最早可追溯到公元60年前后的采用藤篾為建造材料的蘭津橋，位于現(xiàn)大理州永平縣境內(nèi)，歷經(jīng)西漢、元朝（改建為木橋并改名“霽虹橋”）、明朝（改建為鐵索橋）、清朝，經(jīng)多次修葺和重建，一直沿用至1986年，毀于水災(zāi)。

國際援華抗日生命線工程—滇緬公路上，有橫跨瀾滄江的昌淦橋，和橫跨怒江的惠通橋，兩座戰(zhàn)略橋梁。其中以歷時(shí)18個(gè)月建成，于1940年10月通車的昌淦橋技術(shù)上最為矚目，該橋?yàn)橹袊^早采用鋼桁加勁梁的公路懸索橋，主跨130m，主要由留美專家錢昌淦設(shè)計(jì)，后因日寇飛機(jī)轟炸致橋梁受損，經(jīng)抗戰(zhàn)軍民舍生忘死，晝夜搶修后變?yōu)槿嵝缘鯓蚴褂弥两?，因?yàn)憸娼麡蛩娬編靺^(qū)淹沒，全橋作為文物異地復(fù)建于大理州云龍縣寶豐鄉(xiāng)。

拆除復(fù)建前的昌淦橋（柔性吊橋）

現(xiàn)代云南懸索橋技術(shù)進(jìn)步顯著，如保山至騰沖高速公路主跨1196m保山龍江大橋，和華坪至麗江高速公路上在建的1386m主跨的金安金沙江大橋。

主跨660米在建麗江至香格里拉鐵路金沙江特大橋，是中國首座大跨度鐵路懸索橋。

二.細(xì)解懸索橋

懸索橋可細(xì)解為加勁梁、主纜、錨碇、橋塔及其基礎(chǔ)、索鞍、索夾和吊索等。

現(xiàn)代懸索橋組成

懸索橋主梁通過橋面直接承受車輛和行人重量。按主梁剛度大小，分為柔性吊橋和加勁梁懸索橋。前者適用于通行速度較低、交通量小、車輛載重小的汽車吊橋或人行吊橋，通行舒適性較差；后者適用于車流量大、對(duì)通行速度、行車安全和舒適性要求較高的懸索橋。

鋼桁架加勁梁                              鋼箱加勁梁

懸索橋主纜由成千上萬根細(xì)細(xì)的高強(qiáng)鋼絲組成，組合方式形同用皮筋給小女孩扎辮子，辮子里的一根根青絲如同高強(qiáng)鋼絲，最后在機(jī)械幫助下匯成一根粗大鋼纜。

高強(qiáng)鋼絲束                     主纜緊纜施工

主纜成千上萬噸的拉力，最終纜固于體量巨大的錨碇，錨碇如同定海神針般紋絲不動(dòng)地固定住主纜。

重力式錨碇內(nèi)部構(gòu)造圖            重力式錨碇鳥瞰圖

懸索橋主纜全橋通長(zhǎng)設(shè)置，在橋塔頂部呈圓曲線形彎折，常采用索鞍來實(shí)現(xiàn)。索鞍中部設(shè)一弧形凹槽，如同人騎馬用的馬鞍一般將主纜固定于槽內(nèi)。通常索鞍底部與橋塔頂部分離，并保持二者可以相對(duì)滑動(dòng)。

索夾是主纜和吊索的連接構(gòu)件，借助高強(qiáng)螺栓強(qiáng)將兩個(gè)對(duì)半索夾壓緊，依靠索夾與主纜之間的摩擦，緊緊夾住主纜，將橋梁的重量傳遞給主纜。

為抑制大風(fēng)和地震作用下加勁梁和主纜順橋向的相對(duì)位移，提高抗風(fēng)和抗震性能，在主纜中部用中央扣將加勁梁和主纜相對(duì)固定。

三.懸索橋主要施工步驟

懸索橋施工通常先施工錨碇、橋塔基礎(chǔ)和橋塔，架設(shè)貓道和主纜，安裝索夾和吊索，后架設(shè)加勁梁、鋪裝橋面再成橋，大致過程如下：

四.懸索橋里的小秘密

懸索橋雖屬工程，同樣也是數(shù)學(xué)、力學(xué)、美學(xué)的完美化身，隱藏著許多不為人熟知的細(xì)節(jié)，其發(fā)展也伴隨著人們認(rèn)知的進(jìn)步。

懸鏈線是主纜在空纜狀態(tài)的幾何線形。主纜在兩個(gè)橋塔位置和高度確定的條件下，根據(jù)不同長(zhǎng)度，變化出不同的幾何形態(tài)。懸鏈線方程如下：

懸索橋夜景

夏夜濱江遠(yuǎn)眺，清風(fēng)徐來，懸索橋主纜優(yōu)美亮麗的曲線盡收眼底，在常人眼里僅僅是一抹夜空中的亮色，專業(yè)人士那里最多聯(lián)想到一個(gè)簡(jiǎn)潔、看起來并不復(fù)雜的公式，卻是一道文藝復(fù)興三杰之一的達(dá)芬奇，一生都沒弄明白的難題。

這位秉持“在科學(xué)上，凡是用不上數(shù)學(xué)的地方，凡是與數(shù)學(xué)沒有交融的地方，都是不可靠的”觀念的大神，在創(chuàng)作《抱銀貂的女人》時(shí)，冥思苦想女人脖子上項(xiàng)鏈的幾何線形，無奈采用拋物線近似代替。直到近200年后瑞士數(shù)學(xué)家約翰·伯努利借助微積分研究出懸鏈線方程，頗具戲劇性的是他僅僅花一個(gè)晚上的時(shí)間。

達(dá)芬奇名畫—抱銀貂的女人

懸索橋?qū)偃嵝越Y(jié)構(gòu)，其變形明顯大于一般梁橋。通常橋梁負(fù)載千鈞理應(yīng)巋然不動(dòng)，但一輛重車低速通過一座柔性吊橋，橋面波浪狀的變形實(shí)屬正常。

主纜線形隨加勁梁的架設(shè)不斷變化，加勁梁長(zhǎng)度逐段延長(zhǎng)，主纜承受重量逐步加大，垂度不斷增加，該過程類似于人們生活中用繩子在室外晾衣服，從固定好繩子到掛滿衣物，繩子的變形過程。

加勁梁架設(shè)階段主纜線形變化示意圖

選擇跨度從110m至1490m的11座懸索橋，統(tǒng)計(jì)施工期間主纜變形，主要是跨中垂度變化情況如下表。

施工期間主纜垂度差與跨度比較表

據(jù)此懸索橋主纜施工期間跨中垂度變化范圍，多分布在跨度的1/140～1/80，平均1/110左右，大小從1.18m～14.24m，較之于常規(guī)梁橋施工期間，自重作用下不易察覺的幾厘米的變形，已大很多倍，最大值已超出4層樓高度，可謂大的異乎尋常。

伴隨懸索橋施工，中跨主纜拉力逐步增加，高大橋塔頂部索鞍緩慢向拉力更大的中跨移動(dòng)，相比橋梁龐大的身軀，活動(dòng)的索鞍如同一小不點(diǎn)。

為保證施工完成時(shí)，索鞍基本移至橋塔中部，以便塔身均勻受力，工程中常將索鞍向邊跨方向預(yù)偏一定距離，或施工中將索鞍頂推一定距離，期望成橋時(shí)索鞍可居橋塔中部，使橋塔處于良好受力狀態(tài)。

現(xiàn)如今懸索橋大量興建，越江跨谷似如履平地，但回顧其發(fā)展歷史并非一帆風(fēng)順，特別是1940年主跨853m的美國華盛頓州塔科馬大橋風(fēng)毀事故。

塔科馬海峽大橋設(shè)計(jì)圖

大橋設(shè)計(jì)者萊昂·莫西塞夫（Leon Moisseiff），一位已從事懸索橋設(shè)計(jì)工作40余年，經(jīng)驗(yàn)豐富的資深橋梁專家，由于對(duì)風(fēng)致橋梁振動(dòng)認(rèn)識(shí)不足，僅將風(fēng)力作為靜力考慮，采用抗風(fēng)性能差的鋼板梁形式，大橋通車僅4個(gè)多月，一場(chǎng)普通大風(fēng)，就讓大橋橋面就像一條發(fā)怒的巨蟒，在空中不停翻滾，主梁自激發(fā)散振動(dòng)持續(xù)了7小時(shí)左右，最終以懸吊加勁梁的吊索疲勞斷裂，大部分加勁梁墜入水中收?qǐng)觥?/p>

舊塔科馬大橋加勁梁采用橫斷面圖（鋼板梁）

真正的轉(zhuǎn)機(jī)出現(xiàn)在二十多年后，英國工程師創(chuàng)新的設(shè)計(jì)出流線形扁平鋼箱梁，并經(jīng)風(fēng)洞試驗(yàn)，在1966年建成的賽文（Severn）橋中采用，才使得問題得以解決，加勁梁外形流暢纖細(xì)，懸索橋抗風(fēng)設(shè)計(jì)逐漸走向成熟。

流線形扁平截面和空氣脫落渦

吊裝中的流線形扁平鋼箱梁

結(jié)語

作為一名工程從業(yè)者，應(yīng)始終牢記工程技術(shù)的重大進(jìn)步，是一代代前人，在一次次的工程事故的教訓(xùn)中總結(jié)，和艱難曲折中探索出來的。在漫長(zhǎng)的工程實(shí)踐中，不惟經(jīng)驗(yàn)，不惟資歷，終身學(xué)習(xí)，始終保持對(duì)工程技術(shù)本真的敬畏之心，獨(dú)立思考，縝密分析，不斷提升自身認(rèn)知，踐行工程師對(duì)工程服務(wù)的職責(zé)、責(zé)任、義務(wù)，在職業(yè)生涯道路上砥礪前行！