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懸索橋的設計奧妙
2020-07-25 07:00:22 來源: 新華網
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      懸索橋是歷史最古老的橋型之一,據文獻記載,早在公元前50年(漢代),我國四川就出現了跨長百米的鐵索橋。

     懸索橋結構分明,一般由上下兩部分組成。上部結構包括鋼纜、塔、加勁梁及吊桿,下部結構包括支承塔的橋墩、錨固鋼纜的錨碇及錨臺。我們通常看到的懸索橋的基本特徵是:加勁梁懸吊在鋼纜上,鋼纜兩端用錨碇固定。錨碇用大體積混凝土做成,有地錨和自錨兩種。其中,地錨可以放置在不同的空間裏,有的直接安置在地面,有的深深埋藏在地下,有的固結于沉井的基礎之內,還有的利用橋頭地形錨固定在山崖岩層之中,因地制宜。自錨通常是將鋼纜錨固定在加勁橋表面。懸索橋通常還會建造兩個高塔,目的是為鋼纜提供中間支承,使塔、墩固結,融為一體。

     懸索橋分為柔性懸索橋和剛性懸索橋。柔性懸索橋一般不設加勁梁,剛度較小,在車輛或風荷載作用下,橋面會産生變形,安全係數較低,因此一般用作臨時性橋梁。剛性懸索橋的橋面會用加勁梁加強,橋面安置在加勁梁上,共同懸挂在吊桿上,橋面強度和剛度比較大,從而減弱了路面搖擺和顛簸的可能。

     懸索橋的承重主要通過鋼纜及其支承錨固係統傳遞給大地,因此跨越能力大,並且和其他橋型相比,跨度越大,懸索橋的優勢越明顯:

     第一,材料用量和截面設計方面。其他各種橋型的主要承重構件的截面積,總是隨著跨度的增加而增加,材料用量也隨之增加。但懸索橋因具備特殊的承重方式,在懸索橋中佔相當大比例的加勁梁不是主要承重構件,其截面面積不需要隨著跨度而增加,因此大大節省了材料用量。

     第二,構件設計方面。懸索橋的大纜、錨碇和塔這三項主要承重構件在擴充其截面積或承載能力方面所遇到的困難較小,不像其他橋型,在許多構件截面積的增大上容易受到各種客觀條件的制約。

     第三,承重構件的受力方式方面。懸索橋上作為主要承重構件的大纜主要受到拉力,這種受力形式非常合理,從而大纜截面設計比較容易,因此懸索橋的跨越能力是目前所有橋型中最大的。跨度超過1200米的橋型,無一例外都是懸索橋。

     第四,施工方面。懸索橋的施工總是先將大纜架好,這樣大纜就成為一個現成的懸吊式支架。在架梁過程中,加勁梁段可以挂在大纜之下,在採取一定防風措施後,同其他橋型所用的懸臂施工方法相比,大大降低了風險。

     我們看到跨度極大的懸索橋,通常會跨越江河或海峽主航道,這樣可以避免修建深水橋墩,滿足通航需求。由于跨度大,相對來説懸索橋的構件就會顯得特別纖細,外形美觀,因而大跨度的懸索橋所在地經常會成為重要的觀光景點。

     本文由北京市第六十五中學一級教師胡曉艷進行科學性把關。

本作品為“科普中國-科學原理一點通”原創,轉載時務請注明出處。

【糾錯】 責任編輯: 魏承瑤
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