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大跨度悬索桥的发展历史与研究

大跨度悬索桥的发展历史与研究

大跨度悬索桥的发展历史与研究

1.引言

随着世界经济建设的发展，交通运输在国民经济中的地位和作用

日益重要。洲际之间、海峡两岸和陆岛之间迫切需要修建大跨度，特

大跨度或超长跨度桥梁[1]。我国渤海海峡跨海工程、长江口越江工程、

珠江口伶仃洋工程以及琼州海峡工程，为了避免深水基础施工的困难

和高昂的造价，满足超级巨第一文库网轮通航要求，需要修建1000m

以上甚至2000m以上的超大跨度桥梁[2]。作为后本四联络线的架桥

设计，日本计划在东京湾、纪淡海峡、伊势湾等地进行横跨海峡的设

计，其规模是超越Akashi-kaikyoBridge的超大跨度桥梁。欧洲和非

洲之间隔着地中海，其西部最窄处为直布罗陀海峡，从西班牙到摩洛

哥，修建一座大桥，把两大陆连接起来是很有必要的[3]。悬索桥是目

前跨度超过1000m时最优可选桥型之一，从学术研究来说，大跨度悬

索桥的研究是当前桥梁学科中最重要与最活跃的领域之一。

2.悬索桥结构特性及发展阶段

悬索桥是以悬索为主要承重结构的桥梁类型，主要由大缆、桥塔、

锚碇、加劲梁和吊索组成。构造简单，受力明确。由于其主要构件大

缆承受拉力，材料利用效率最高。因此悬索桥是目前跨度超过1000m

时最优可选桥型之一，并且认为在600m以上的跨度同其它桥型相比

也具有很强竞争力。悬索桥的发展具有几个重要里程碑：(1)弹性理论

的建立与BrooklynBridge的建成。(2)挠度理论的建立，

GeorgeWashingtonBridge的建成以及人们对大跨悬索桥重力刚度的

认识。(3)TacomaNarrowsBridge风毁事件，桥梁风工程学科的建立。

(4)SevernBridge的建成，流线型扁平钢箱梁和正交异性钢桥面板

的广泛应用。(5)有限元技术的发展，大跨度悬索桥有限位移理论的建

立。

2.1悬索桥弹性理论

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1883年跨越纽约东河的BrooklynBridge建成通车，设计者是天

才的桥梁设计师JohnARoebling。由于高强碳素钢丝的使用和空中送

丝法(aerialspinning)大缆施工技术的确立，该桥的跨度一下提高到

486m。这两项技术是现代悬索桥发展的基础，所以BrooklynBridge

被大家公认为世界上第一座现代悬索桥。1903年建成的

WilliamsburgBridge，分跨284m+488m+284m，规模与

BrooklynBridge相当，当时的计算理论为弹性理论。

2.2悬索桥挠度理论

1888年，奥地利的Melan教授提出了适用拱桥和悬索桥一类结

构的挠度理论，并于1906年做了进一步的改进。以后由Steinman和

Timoshenko等对挠度理论予以发展，立即促进了悬索桥的长大化，

使得悬索桥的跨度一下子突破了1000m大关。纽约

GeorgeWashi