也谈自锚式悬索桥

悬索桥是以悬索为主要承重构件，荷载由吊索传至主缆，再由主缆将力传递至桥塔和锚碇，具有受力性能好、跨越能力大、轻巧美观、抗震能力强、结构形式多样及对地形适应能力好等特点。在许多跨越大江大河、高山峡谷、海湾港口等交通障碍物时，往往作为首选的桥型。但传统的悬索桥（地锚式悬索桥）在地质条件差的地区不宜修建，为了解决这一问题，桥梁工程师提出了自锚式悬索桥方案，它取消了庞大的锚碇，将主缆直接锚固在梁端，不仅降低了造价，更使不宜修建锚碇的地方修建悬索桥成为可能。
中国自2000年以来，已建成了二十几座自锚式悬索桥。
自锚式悬索桥的特点
一般来讲，自锚式悬索桥在中、小跨度上是很有竞争力的方案。其优点如下：
　    1.不需要修建大体积的锚碇，所以特别适用于地质条件很差的地区。
　　2.由于自锚式悬索桥是由主梁的受弯、受压及主缆受拉来承受荷载，受力比连续梁更为合理。
　　3.利用主缆的水平分力，为主梁提供了“免费预应力”，从而主梁可采用普通钢筋混凝土箱梁，不再需要配置预应力钢束。
　  4.自锚式悬索桥具有阴柔的“曲线美”，适合修建景观要求较高的城市桥梁。

　　如图1，金湾桥位于大连市金石滩旅游度假区的滨海路上，横跨帆船港池入海口，建成于2002年6月。桥长198米，其中主桥长108m。该桥主缆矢跨比为1/8，双塔双索面结构，主缆锚固于加劲梁的两端，用加劲梁来抵抗主缆的水平分力。该桥不仅为美丽的海滨城市大连又增添了一处亮丽的风景，同时作为国内第一座自锚式混凝土悬索桥，为该类桥型的设计和建设积累了宝贵的经验。

如图2，大连市星海湾挑月桥位于星海湾广场东侧马栏河入海口，跨越马栏河。跨度134m，桥宽9m，桥上纵坡8％，竖曲线半径为800m。背索的竖向荷载由基础自重平衡，水平力通过地梁传递到主梁上，形成自锚体系。轻盈的空间索网远看像一张散开的渔网，象征着渔民辛勤的劳动和丰收的喜悦。挑月桥主缆形状的变化，在自锚式悬索桥的外形上属于创新，也丰富了自锚式悬索桥的结构形式。
自锚式悬索桥也有它自身的局限性,其主要缺点在于：
　　1.主缆直接锚固在加劲梁上，主梁承受了巨大的轴向力。  
　　2.一般采用支架施工，跨径不宜做大。
自锚式悬索桥发展趋势
　　现代自锚式悬索桥的大量涌现，表明这一结构新颖、造型美观的桥型历经一个半世纪的洗礼，目前已经进入了蓬勃发展的阶段。目前主要有以下发展趋势：
桥型布置
　　自锚式悬索桥桥型布置多种多样。目前主要有双塔三跨，单塔双跨等结构形式，今后也可能建造多塔自锚式悬索桥。主缆线形上也会有所变化。
加劲梁及缆索系统 :
　　随着自锚式悬索桥跨度的不断增大，加劲梁的轴压力和缆索支承系统的体系转换已成为控制设计的关键，修建大跨度自锚式悬索桥将面临较大的挑战。因此，提高材料强度，增加跨越能力，减少恒载，研发新型材料，以及便捷体系转换和加快施工进度，都是今后研究的重要课题。
架设方法
　　传统自锚式悬索桥采用“先梁后缆”的施工方法，需要搭建大量临时支架以安装主梁，这在一定程度上限制了这种桥型的推广，已成为阻碍自锚式悬索桥广泛应用的一个主要因素。目前已经出现了“先缆后梁”的施工工艺。

　　如图3，淮安北京路京杭运河大桥位于江苏省淮安市，横跨京杭运河。主桥为自锚式悬索桥，计算跨径：20.75m+26.25m+132.5m+26.25m+20.75m=226.5m，宽35.4m，双向四车道。主桥主梁在半径4500m的竖曲线上，横坡1.5％。
由于京杭运河通航要求，淮安北京路大桥不能采用满堂支架的施工方法，而是采用“先缆后梁”的施工方法。即先在支架上现浇两侧混凝土主梁，同时施工基础和主塔；然后悬挂主缆，主缆锚于梁端锚块上，并通过临时拉索与临时锚碇相连，使主塔和临时锚碇同时承受主缆水平力；再逐阶段悬吊中间的钢箱梁至合龙；最后拆除临时拉索，完成体系转换。 “先缆后梁”的施工方法克服了自锚式悬索桥“先梁后缆”的缺点，为自锚式悬索桥的推广应用探索了一条新途径。而且，随着对加劲梁和主缆架设工艺的不断探索，我们有理由相信，在工程师的努力下自锚式悬索桥的施工工艺会达到一个更高的水准。
结语
　　尽管自锚式悬索桥有着自身的缺点和局限，不宜做大跨径桥梁，但对于有景观要求的中小跨径的桥梁，适宜采用自锚式悬索桥。另外，主缆为主梁提供了“免费预应力”，因此自锚式悬索桥适宜采用混凝土加劲梁。
　　自锚式悬索桥曾被忽视很长一段时间，但是随着社会的进步又得到了人们的重新认识。随着实践经验的逐渐积累，自锚式悬索桥的设计理论和施工方法也将趋于完善。