作者：趙海清

一. 云南懸索橋前世今生

云南境內懸索橋建設歷史，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，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。

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18個月建成，于1940年10月通車的昌淦橋技術上最為矚目，該橋為中國近代較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計，后因日寇飛機轟炸致橋梁受損，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?，因瀾滄江功果橋水電站庫區(qū)淹沒，全橋作為文物異地復建于大理州云龍縣寶豐鄉(xiāng)。

拆除復建前的昌淦橋（柔性吊橋）

現(xiàn)代云南懸索橋技術進步顯著，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.細解懸索橋

懸索橋可細解為加勁梁、主纜、錨碇、橋塔及其基礎、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細的高強鋼絲組成，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鋼絲，最后在機械幫助下匯成一根粗大鋼纜。

高強鋼絲束                     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地固定住主纜。

重力式錨碇內部構造圖            重力式錨碇鳥瞰圖

懸索橋主纜全橋通長設置，在橋塔頂部呈圓曲線形彎折，常采用索鞍來實現(xiàn)。索鞍中部設一弧形凹槽，如同人騎馬用的馬鞍一般將主纜固定于槽內。通常索鞍底部與橋塔頂部分離，并保持二者可以相對滑動。

索夾是主纜和吊索的連接構件，借助高強螺栓強將兩個對半索夾壓緊，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。

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

三.懸索橋主要施工步驟

懸索橋施工通常先施工錨碇、橋塔基礎和橋塔，架設貓道和主纜，安裝索夾和吊索，后架設加勁梁、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、力學、美學的完美化身，隱藏著許多不為人熟知的細節(jié)，其發(fā)展也伴隨著人們認知的進步。

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

懸索橋夜景

夏夜濱江遠眺，清風徐來，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)想到一個簡潔、看起來并不復雜的公式，卻是一道文藝復興三杰之一的達芬奇，一生都沒弄明白的難題。

這位秉持“在科學上，凡是用不上數(shù)學的地方，凡是與數(shù)學沒有交融的地方，都是不可靠的”觀念的大神，在創(chuàng)作《抱銀貂的女人》時，冥思苦想女人脖子上項鏈的幾何線形，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晚上的時間。

達芬奇名畫—抱銀貂的女人

懸索橋屬柔性結構，其變形明顯大于一般梁橋。通常橋梁負載千鈞理應巋然不動，但一輛重車低速通過一座柔性吊橋，橋面波浪狀的變形實屬正常。

主纜線形隨加勁梁的架設不斷變化，加勁梁長度逐段延長，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，相比橋梁龐大的身軀，活動的索鞍如同一小不點。

為保證施工完成時，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偏一定距離，或施工中將索鞍頂推一定距離，期望成橋時索鞍可居橋塔中部，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)展歷史并非一帆風順，特別是1940年主跨853m的美國華盛頓州塔科馬大橋風毀事故。

塔科馬海峽大橋設計圖

大橋設計者萊昂·莫西塞夫（Leon Moisseiff），一位已從事懸索橋設計工作40余年，經(jīng)驗豐富的資深橋梁專家，由于對風致橋梁振動認識不足，僅將風力作為靜力考慮，采用抗風性能差的鋼板梁形式，大橋通車僅4個多月，一場普通大風，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)散振動持續(xù)了7小時左右，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場。

舊塔科馬大橋加勁梁采用橫斷面圖（鋼板梁）

真正的轉機出現(xiàn)在二十多年后，英國工程師創(chuàng)新的設計出流線形扁平鋼箱梁，并經(jīng)風洞試驗，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，懸索橋抗風設計逐漸走向成熟。

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

結語

作為一名工程從業(yè)者，應始終牢記工程技術的重大進步，是一代代前人，在一次次的工程事故的教訓中總結，和艱難曲折中探索出來的。在漫長的工程實踐中，不惟經(jīng)驗，不惟資歷，終身學習，始終保持對工程技術本真的敬畏之心，獨立思考，縝密分析，不斷提升自身認知，踐行工程師對工程服務的職責、責任、義務，在職業(yè)生涯道路上砥礪前行！