悬索桥的历史非常古老,几千年前的人类就展现了自己的智慧,将藤、竹等在森林中常见的材料用于制作悬索桥。但第一座真正意义上的悬索桥诞生于1741年,该桥位于英国,跨度只有21.34 m,为一座铁链悬索桥。1883年,布鲁克林大桥(图2-4-14)在美国纽约建成,为现代悬索桥的发展拉开了序幕。
■图2-4-14 布鲁克林大桥
布鲁克林大桥横跨纽约东河,连接布鲁克林区和曼哈顿岛,于1883年5月交付使用。大桥主跨长达486 m,全长1834 m,是当年世界上最长的悬索桥,也是世界上首次以钢材建造的大桥,被誉为工业革命时期全世界七个划时代的建筑工程奇迹之一。
自那之后,无论是在结构跨度、建设规模还是建桥材料方面,悬索桥的各项技术都得到了空前的发展。进入20世纪后,现代悬索桥的发展模式开始改变,不断在这几个方面发展创新,即如何降低主梁的高度、增强钢材的强度以及加大主跨跨度等。这一时期悬索桥的发展大致分为三个阶段:一是以美国为中心的发展阶段(20世纪30年代至60年代),最著名的代表性桥梁是美国金门大桥;二是以欧洲为中心的发展阶段(20世纪60年代至80年代),最著名的代表性桥梁是英国塞文桥(Severn Bridge);三是以日本为中心的发展阶段(20世纪80年代至90年代),最著名的代表性桥梁是明石海峡大桥(Akashi Kaikyo Bridge)。
金门大桥(图2-4-15),跨越美国加利福尼亚州旧金山金门海峡,为主跨1280 m的钢桁梁悬索桥。该桥于1933年1月始建,1937年5月建成通车。因其新颖的结构和超凡脱俗的外观,被国际桥梁工程界认为是美的典范,也是世界上最上镜的大桥之一。
■图2-4-15 金门大桥
1966年建成的塞文桥(图2-4-16)跨越了英国威尔士最长的河流塞文河,其主跨为988 m,加劲梁采用钢箱梁。该桥是世界上第一座流线型正交异性板钢箱梁悬索桥。
■图2-4-16 塞文桥
明石海峡大桥(图2-4-17)跨越日本本州岛与四国岛之间的明石海峡,其主跨为1991 m,加劲梁为钢桁梁。该桥于1988年5月动工,1998年4月通车。明石海峡大桥首次采用1800 MPa级超高强钢丝,是世界上第一座用顶推法施工的跨海峡悬索桥,实现了日本人一直想修建数座桥梁把4个大岛连在一起的愿望,创造了20世纪世界建桥史的纪录。
目前,国外备受关注的大跨度悬索桥是意大利墨西拿海峡大桥(图2-4-18),该桥连接意大利亚平宁半岛与西西里岛。大桥设计为主跨3300 m的公铁两用悬索桥。为取得良好的空气动力特性,主梁采用3箱流线型截面,其中2箱供机动车通行,1箱供火车通行。大桥通行采用双线铁路、6车道公路,设计已完成,目前处于待建状态。
■图2-4-17 明石海峡大桥
■图2-4-18 墨西拿海峡大桥(效果图)
从20世纪末至今,我国双塔悬索桥的发展达到了前所未有的高度。广东汕头海湾大桥、湖北西陵长江大桥、香港青马大桥、舟山连岛工程西堠门大桥、武汉杨泗港长江大桥、五峰山长江大桥等桥梁的建设,标志着中国正由桥梁大国向桥梁强国迈进,悬索桥的设计与施工技术已处于世界先进水平。(www.daowen.com)
广东汕头海湾大桥(图2-4-19),加劲梁采用预应力混凝土梁的结构形式,是一座主跨452 m的大跨度悬索桥,开创了中国近现代悬索桥的先河,于1992年3月动工兴建,1995年12月建成通车。
■图2-4-19 广东汕头海湾大桥
湖北西陵长江大桥(图2-4-20)为主跨900 m的钢箱梁悬索桥,于1993年12月开工,1996年8月竣工通车。该桥是我国首次采用自主设计制造的全焊接钢箱加劲梁悬索桥,荣获1998年度“中国建筑工程鲁班奖”。
■图2-4-20 湖北西陵长江大桥
香港青马大桥(图2-4-21)为主跨1377 m的钢箱梁悬索桥,于1992年5月开始兴建,1997年竣工通车。加劲梁采用带有通气空格的流线型箱形梁,是我国首座千米级公铁两用悬索桥。该桥荣获1999年美国建筑界“二十世纪十大建筑成就奖”。
■图2-4-21 香港青马大桥
舟山西堠门大桥(图2-4-22),主跨1650 m,加劲梁采用有利于抗风的分体式钢箱梁,开创了中国在台风区海面建造特大跨度钢箱梁悬索桥的实践先例。该桥于2005年5月开工,2009年12月建成通车。该桥是舟山连岛工程五座跨海大桥中技术要求最高的跨海桥梁,也是世界上首座分体式钢箱梁悬索桥,荣获2010度年国际桥梁大会“古斯塔夫·林登少奖”。
■图2-4-22 舟山西堠门大桥
武汉杨泗港长江大桥(图2-4-23),主跨1700 m,是世界上工程规模最大的双层公路悬索桥。该桥于2014年12月开工建设,2019年10月通车。
■图2-4-23 武汉杨泗港长江大桥
五峰山长江大桥(图2-4-24)为公铁两用悬索桥,主跨1092 m,加劲梁采用钢桁梁,上层通行8车道高速公路,下层通行4线客运专线。该桥于2015年10月开工建设,2020年12月建成通车。该桥是世界上跨度最大的公铁两用钢桁梁悬索桥,也是世界首座高速铁路悬索桥。
■图2-4-24 五峰山长江大桥
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