钢丝绳可以做什么桥的抗拉构件

韩国天使大桥于2019年建成通车，全长约7.26千米，是韩国第一座在同一桥梁上设置斜拉桥和悬索桥两种桥型的桥梁。大桥因其采用了PPWS主缆（抗拉强度为1960 兆帕)、FCM墩台锚固和高性能钢材，以及优异的抗风稳定性入围了2020年度IABSE杰出结构大奖。

韩国天使大桥

韩国的西南海岸以其美丽的多岛屿而闻名。尤其是由木浦海岸线上1004座岛屿组成的新安郡，因为天使大桥的建成通车而 旅游 价值激增。天使大桥连接了Amtae岛和Apae岛，由一座斜拉桥、一座多跨悬索桥和多联梁桥组成。其中斜拉桥长1004米，三塔悬索桥长1750米，本文将重点介绍这座横跨主航道的多塔悬索桥。

设计上的选择

为了确保海上运输的安全，并且能够抵抗强风，天使大桥必须以独特的形状进行设计建造。按照招标文件和相关机构的通航要求，并通过韩国海事海洋大学进行的3D全桥模拟和海上交通安全评估，确定了两个650米的主跨布置方案。同时，为了与景观环境相协调，区别于周围地区的木浦大桥、珍岛大桥等斜拉桥桥型，选择多塔悬索桥是一种更优的方案。

图1 桥梁总体布置图

主缆

通过采用最新的1960MPa高强钢绞线，利用预制平行索股法（PPWS）架设主缆，提高了可施工性和经济性。考虑到主缆架设时的安全性及稳定性，将垂度比设为1/8。主缆的重量和直径分别为1900吨和309.4毫米。

在主缆的设计中，对3项技术进行了改进。首先，与现有的镀锌钢绞线相比，锌+铝涂层可以使疲劳寿命延长1.4倍，耐腐蚀性提高4倍。而且，这种涂层还可以提高除湿系统的使用寿命。其次，在防腐系统中引入橡胶包裹法，不再需要缠绕包裹线。通常S形的缠绕线有被腐蚀的风险，并且在定期喷涂方面始终存在耐久性和养护问题。橡胶包裹法既不需要单独的金属丝，也不需要定期上漆，与除湿系统一起使用时，可以确保最佳的耐久性。第三，塔顶鞍座的主体部分采用了混凝土材料，而不是悬索桥中常用的铸铁或结构钢。仅鞍座的槽是由钢材制成的。由于混凝土是现场浇筑的，因此不需要大规模的临时支架即可起吊鞍座，而且鞍槽也可以很容易地随塔式起重机安装。

图2 混凝土塔顶鞍座

主梁

主梁设计的首要任务是确保梁体的抗风稳定性及经济性。虽然通过减小主梁自重，可以保证经济性，但同时，过轻的梁体也更容易受到风荷载的影响。因此，需要在经济性和风稳定性之间保持适当的平衡。为了设计出最佳的主梁横截面，在参阅了各种文献研究后，选择了扁平的菱形钢箱梁截面。通过风洞测试发现，风嘴的上侧和下翼缘的夹角分别为30 和13 时，可以有效地控制主梁的颤动。为了减轻结构钢的重量，采用了50毫米的环氧沥青和支撑式横隔板，以及在主要构件中采用了最新研发的HSB500系列高性能钢，以提高钢桥的抗疲劳性能及经济性。

图3 加劲梁的横截面

桥塔

毫不夸张地说，在悬索桥中，桥塔的形状决定了整座桥梁的美观程度。而且，在多塔悬索桥中，主塔的稳定性和抗弯刚度也扮演着十分重要的角色。为了提高结构效率，有效抵抗由活荷载引起的纵向力，天使大桥的混凝土桥塔被设计成较为复杂的H形。主塔越坚固，当整体结构的刚度增加时，主梁的挠度就越小。但是，如果过度限制主塔的位移，则可能无法保持塔鞍和主缆之间的摩擦平衡力。为了让塔身保证足够的刚度，又不会对鞍座的滑移稳定性造成威胁，需要通过对塔身的刚度参数进行研究来确定最佳的截面刚度特性。考虑了主缆的滑移摩擦力和塔顶的挠曲变形，优化后的塔底截面的刚度比塔身截面的刚度高6.5倍。

锚碇

多塔悬索桥锚固点的水平力是由其中一个主跨度（650m）决定的，而不是整座桥的跨度。在设计时，将锚固点的水平力降低到了74200kN。这也是在韩国现有悬索桥中最小的水平力。因此，这一水平力的降低也有可能将锚碇体积降至最低，而锚碇通常占建筑成本的比例较大。锚固位置是在距海床10米以上的软黏土层，而距海平面下26米处则为基岩。如果在这种情况下使用沉箱基础，则有沉降和偏移的风险，解决方案可能非常棘手且成本高昂。经过多次研究，采用钻孔与沉箱结合使用的复合地基处理方案，通过压实打桩（SCP）法和深层水泥搅拌（DCM）法提高了基础结构的性能。

施工上的挑战

架设猫道

猫道是悬索桥施工时架设在主缆之下、平行于主缆线形的临时施工便道。它是施工人员进行施工作业的高空脚手架，是主缆系统乃至悬索桥整个上部结构的施工平台。施工人员在其上完成诸如索股牵引、调股、整形入鞍、紧缆、索夹及吊索安装、箱梁吊装及主缆缠丝、防护涂装等重要任务。

这座桥的猫道系统由六根钢丝绳支撑，每根钢丝绳直径为31.5毫米，形成一个横截面4.2米宽、6.75米高的工作区，总长度为2,065米。这些猫道绳在中塔处隔开。猫道上布置的支撑牵引系统的框架，框架间隔42.5米，主缆成型机（紧缆机）的间距也是42.5米。猫道位于主缆下方，主缆和猫道之间有1.3米的间隙。

安装塔鞍

在悬索桥中，塔鞍的安装是值得注意的过程之一，因为鞍座通常是缆索体系安装过程中最大、最重的构件。由于采用了混合式鞍座，鞍座底部基座为混凝土结构，上部为钢结构，塔式起重机需要吊起的构件重量仅为3吨，不需要为该作业过程调动任何的临时设备，在实用性和经济性方面有很大的优势。同时，混凝土材料良好的抗压特性成为了这种混合鞍座的另一个优点。在施工阶段，两侧桥塔上的鞍座必须向中心桥塔预偏，以保持缆索体系的初始平衡条件。为了方便，在鞍座下面安装了滑动板。

架设主缆

主缆总重量为1847吨，直径为5.3毫米，抗拉强度为1960兆帕。钢丝由韩国的Kiswire公司制造，这些高强钢丝在工厂按照预制平行钢丝索股法（PPWS）编成平行钢丝束、两端装上锚头，成为索股。将制成的索股卷在卷筒上，被驳船运输到施工现场。利用牵引设备沿猫道将索股端头从桥的一端锚碇拉向另一端锚碇，经就位、调股等工序后将其固定。主缆由21根索股组成，每股包含127根钢丝。主缆安装的总时间为40天。

桥面安装

根据设计，桥面被划分为85个节段，两个边跨和两个主跨需要同时起吊安装，一共需要6个龙门架，每个主跨有两个，每个边跨有一个。然而，只有4套起吊设备可用。由于没有足够的预算来支付另外两个龙门架的费用，因此必须对这一过程进行调整，使用合适且有限的设备。

图4 主跨区完成后在边跨进行桥面板安装

在修改后的施工工序中，首先起吊主跨部分的桥面构件，然后将龙门架从主跨移到相邻的边跨。在移动龙门架的期间，最靠近桥塔的桥面板和两端的桥面构件均由浮式起重机安装。

该施工方案中的关键问题是桥塔上不平衡的索力，这会导致索鞍滑移和塔底弯矩的产生。此外，主缆的几何形状变化较大，导致了主缆中产生二次应力。因此，对于每个安装步骤和每个阶段的模拟情况，都要检查包括桥塔应力，索鞍滑移、索内次应力等结构效应。

天使大桥作为地标性建筑进行设计，克服了复杂的海洋环境，节省了成本，并成为了当地人的骄傲。选择满足这些严格条件的多塔悬索桥方案，有望为同类型工程提供参考。考虑到多塔悬索桥在跨海桥梁中被认为是一种更优的桥型，天使大桥的建成为同类型桥梁技术的发展起到了推动作用，也使这种类型在世界桥梁市场上独领风骚。

本文刊载 / 《桥梁》杂志 2021年 第1期 总第99期

作者 / 孙允基（韩）等

资料来源 / Structural Engineering International 2020

索桥是有谁所修建的现在已经无法得知，索桥是用竹索或藤索、铁索等为骨干相拼悬吊起的大桥。

主要由桥塔（包括基础）、主缆（也称大缆）、加劲梁、锚碇（分重力式和隧道式）、吊索（也称吊杆）、鞍座（主鞍座和散索鞍座）及桥面结构等组成。

现在以地锚式居多，地锚式施工一般是先架设桥塔也就是主塔，然后锚碇大缆，之后吊杆和加劲梁的施工，最后桥面工程。

索桥的历史记载：

历史沿革

编辑

始见于秦汉，如秦李冰曾在四川益州（今成都）城西南建成的一座笮桥，又名"夷里桥"，便是座竹索桥。现存著名的有建于明清时的泸定铁索桥、灌县竹索桥等。过索桥感觉非常惊险，正如古人形容过索桥的那样：“人悬半空，度彼决壑，顷刻不戒，陨无底谷。”

国外不少桥梁专家认为索桥首创于我国，指出“中国大约在3000年以前已开始建造吊桥”。十四、五世纪藏族的汤东杰布（1385～1464年，或名甲桑珠古，意即“铁桥活佛”）就是当时在雅鲁藏布江以及西藏其他江河上修建铁索桥的工程技术专家。

据说他曾画了一座跨度为138米的雅鲁藏布江铁索桥简图，并于1420年左右建成，是我国古代跨度最大的铁吊桥。桥两端有塔，宽度仅容走人。目前已查证的最早索桥是四川益州（今成都）的笮桥，它建于秦李冰任蜀守时（公元前251年），距今二千二百余年。

跨城南面的检江，又名夷星桥，是当时按北斗七星形状建成的七座桥中的一座。西汉王褒在《益州记》中记载，笮桥在司马相如宅院南一百步，建造时用三个大铁椎来系桥柱紧竹索（现今铁椎仅有二个）。

《晋书·桓温传》记载，永和三年（347年）桓温伐蜀进攻成都时，曾与李势战于笮桥，可见，时隔近六百年后，笮桥仍在。相传诸葛亮曾在这里为出师东吴的费祎饯行。解放初期在考察司马相如的抚琴台时，曾在今天南门大桥西面的锦江河上，发掘出古代桥基下的大铁椎，证实该处是笮桥的故址。

可查阅《斜拉桥热挤聚乙烯高强钢丝拉索技术条件》和了解一下“热挤聚乙烯高强钢丝拉索”就会知道更多相关信息了。

【简介】

【分布】

【历史】

【关于索桥的记载】

[编辑本段]【简介】

索桥（Cable bridge/ Suspension bridge）。也称吊桥、绳桥、悬索桥等，是用竹索或藤索、铁索等为骨干相拼悬吊起的大桥。古书上称为絙桥、笮桥、绳桥。多建于水流急不易做桥墩的陡岸险谷，主要建于西南地区。其做法是在两岸建屋，屋内各设系绳的立柱和绞绳的转柱，然后以粗绳索若干根平铺系紧，再在绳索上横铺木板，有的在两侧还加一至两根绳索作为扶栏。

[编辑本段]【分布】

在我国云贵川的怒江、澜沧江、金沙江上游、雅砻江、大渡河、乌江、北盘江上以及秦岭山区、台湾山区，常常可以看到各类索桥。在西藏喜马拉雅山北的雅鲁藏布江，峡谷深邃，急流飞瀑，千百年来，两岸往来就是靠各种索桥。1977年我国青藏高原综合科学考察队也是通过墨脱县横跨在雅鲁藏布江上的藤网筒桥到对岸去作科学考察的。西藏人民还把铁索桥称为扎桑巴。古代的索桥绝大多数是单孔的，仅有云南省跨越怒江的惠人桥（又名潞江桥）等少数几座是双孔的。贵州盘江桥、四川泸定桥、云南霁虹桥等在国际桥梁史上负有盛名。台湾省高山中还有藤网吊桥。索桥刚度很差，随风摇晃，初过索桥者不免有胆战心惊之感。

[编辑本段]【历史】

始见于秦汉，如秦李冰曾在四川益州（今成都）城西南建成的一座笮桥，又名"夷里桥"，便是座竹索桥。现存著名的有建于明清时的泸定铁索桥、灌县竹索桥等。过索桥感觉非常惊险，正如古人形容过索桥的那样：“人悬半空，度彼决壑，顷刻不戒，陨无底谷。”

国外不少桥梁专家认为索桥首创于我国，指出“中国大约在3000年以前已开始建造吊桥”。十四、五世纪藏族的汤东杰布（1385～1464年，或名甲桑珠古，意即“铁桥活佛”）就是当时在雅鲁藏布江以及西藏其他江河上修建铁索桥的工程技术专家。据说他曾画了一座跨度为138米的雅鲁藏布江铁索桥简图，并于1420年左右建成，是我国古代跨度最大的铁吊桥。桥两端有塔，宽度仅容走人。目前已查证的最早索桥是四川益州（今成都）的笮桥，它建于秦李冰任蜀守时（公元前251年），距今二千二百余年，跨城南面的检江，又名夷星桥，是当时按北斗七星形状建成的七座桥中的一座。西汉王褒在《益州记》中记载，笮桥在司马相如宅院南一百步，建造时用三个大铁椎来系桥柱紧竹索（现今铁椎仅有二个）。《晋书·桓温传》记载，永和三年（347年）桓温伐蜀进攻成都时，曾与李势战于笮桥，可见，时隔近六百年后，笮桥仍在。相传诸葛亮曾在这里为出师东吴的费祎饯行。解放初期在考察司马相如的抚琴台时，曾在今天南门大桥西面的锦江河上，发掘出古代桥基下的大铁椎，证实该处是笮桥的故址。

[编辑本段]【关于索桥的记载】

《汉书·西域传》已有“以绳索相引而度”、“悬绳而渡笮”的记载。

唐僧智猛《笮桥赞》中说：“冰崖皓然，百千余仞；飞絙为桥，乘虚而过；窥不见底，仰不见天；寒气残酷，影战魂栗。”，“窥不见底，影战影栗。”较逼真地描写一个人借笮桥渡河谷的情景。唐代和尚智猛称其实真正渡之还是安全的，正如《徐霞客游纪》对贵州盘江桥评价的那样：“望之飘然，践之则屹然不动。”

宋《太平寰宇记》说自《汉书》以下至州郡图籍中所谓的“笮”，即系“土夷人于天水之上置藤为桥”。可见藏、彝等少数民族，对我国首创索桥作出了重要贡献。

宋代诗人陆游曾用“度索临千仞，梯山蹑半空”的诗句来构画索桥的雄姿。

从宋范成大所著《吴船录》对珠浦桥的记载看，宋时，桥长120丈，5孔，用并排的12根绳索，竹笆桥面，木架墩。“挂桥于半空，大风过之，掀举幡幡然。略如渔人晒网，染家晾丝帛之状”。与清代桥式不尽相同。1965年修建新都江堰时，交通局按清时桥的式样改建成珠浦桥，用25毫米直径的钢丝绳代替竹索，栏杆索锚定部分改用钢筋混凝土柱，用绳夹固定，底锚情况不变。

还用一首《度笮》七绝：“翩翩翻翻笮受风，行人疾走缘虚空。四观目眩浪花上，小跌身裹蛟龙中”。生动地描绘出过桥时的惊险画面。

明代地理学家徐霞客在他的游记中记录了西南龙川东江上的一座藤桥，“桥长十四、五丈，以藤三、四枝，高络于两崖，以树杈中悬而反下，编竹子藤上，略可置足，两旁亦横竹为栏，以夹之。盖凡桥巩而中高，此桥反挂而中垂，一举足辄摇荡不已，必手揣旁枝，然后可移，止可渡人，不可渡马也”。

索桥的索有藤、竹、皮绳和铁链等几种。历史记载，公元前285年便有笮桥（竹索桥）。秦.李冰蜀守（公元前256至前251年）造了7座桥于盖州（现成都），其中一座是竹索桥。

铁索桥传说起自汉初，西汉大将樊哙在陕西褒城县（今留坝县）古栈道上建成的樊河桥（公元前206年），很可能就是铁索桥。有确切记载的横江铁锁（即铁索），是西晋伐吴（公元280年）吴守将用铁锁多道，横截长江三峡的西陵峡口以挡舟师。

云南永平县霁虹桥，跨澜沧江，是中国现存最古、最宽、铁索最多的铁索桥，桥净跨57.3米，全长113.4米，桥宽约4.1米。桥底有索16根，左右栏杆索共两根，桥位于通往印度、缅甸的千年古道上。

四川泸定铁索桥，跨越大渡河，位于川、藏要道，是铁索桥中现存制作最精良的一座。桥始建于清.康熙四十四年（公元1705年），次年完成。桥净跨100米，桥宽2.8米，上铺木板。底索9根，每根索长约128米，两侧各有两根栏杆索，由四川善于制作铁索桥的天全州修建。两岸石砌桥台，用台身自重来平衡铁索的拉力。为首批国家级重点文物保护单位。