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近代的大跨徑懸索橋是由古代的藤、竹懸索橋發(fā)展而來(lái)。據(jù)記載，最晚在唐朝中期，我國(guó)就從藤索、竹索發(fā)展到用鐵鏈建造懸索橋。至今尚保留下來(lái)的古代懸索橋有四川瀘定縣的大渡河鐵索橋（1706年，語(yǔ)文課本中紅軍飛奪瀘定橋中鐵索橋正是此橋），以及灌縣的安瀾竹索橋（1803年）等。近代大跨徑懸索橋是如何一步一步演變成今天這個(gè)樣子的呢，本文將和大家一起探討一下懸索橋的前世今生。▲ 瀘定縣大渡河鐵索橋▲灌縣的安瀾竹索橋▲現(xiàn)代大跨懸索橋懸索橋的前世——古代索橋金屬質(zhì)感分割線在地勢(shì)平緩的平原地區(qū)，古人遇到小河小溪，通常在水中放置一些石塊或者將石板搭在石頭上便能渡河，建造了一些小跨度的木梁橋、石梁橋或者石拱橋。但是在地勢(shì)險(xiǎn)峻的山區(qū)，古人要想跨越深澗河谷，如若仍采用平原地區(qū)的梁橋，那么勢(shì)必要在深澗河谷之中建造橋梁基礎(chǔ)，并架設(shè)高墩，這在技術(shù)落后的古代談何容易！▲深澗河谷如何變通途古人想到的最好的辦法，就是“無(wú)視”深澗河谷，一跨過(guò)之！古人大概是從山林間動(dòng)物借助藤蔓攀援而得到啟示，發(fā)明了以藤、竹、草等自然界材料加工成索來(lái)造橋的辦法，逐步創(chuàng)造出了三大基本橋式之一的索橋。▲自然界中，猿猴借助藤蔓在樹(shù)之間輾轉(zhuǎn)騰挪怎么造橋？最簡(jiǎn)單的方式是在兩岸固定一根索，一頭高，一頭低，人就可借傾斜之勢(shì)滑越渡河。這就是最原始的渡河工具——溜索。生活在三江并流區(qū)域和雅魯藏布江流域的各少數(shù)民族，歷史上多使用溜索過(guò)渡。直到今天，極少數(shù)邊遠(yuǎn)地區(qū)仍在使用溜索，但材料已改用鋼絲繩或鋼絞線了。▲云南怒江溜索溜索通常只能渡人，而且不方便，很危險(xiǎn)。后來(lái)出現(xiàn)了多索的形式，即一部分索平鋪在下面，上鋪木板形成較寬的橋面；一部分索高置兩側(cè)，兼做扶手和護(hù)欄。這樣的索橋，既可以行人，也可過(guò)渡貨物、牲畜，這就是早期的索橋。▲西藏墨脫藤網(wǎng)橋▲西藏早期索橋▲日本藤蔓橋▲秘魯草繩橋之后，人類(lèi)開(kāi)始逐步把鐵索應(yīng)用于橋梁。據(jù)史料記載，在云南麗江玉龍縣西北的塔城鄉(xiāng)，曾有一座建于唐朝的跨越金沙江的鐵索橋，后毀于唐貞元十年（公元794年）吐蕃與南詔之間的一場(chǎng)戰(zhàn)爭(zhēng)。史料中沒(méi)有關(guān)于鐵橋的具體信息，今天能看到的，是1991年在遺址處設(shè)立的一塊“古鐵橋遺址”碑。▲“古鐵橋遺址”碑至于神川鐵橋的建造者，眾說(shuō)紛紜，沒(méi)有定論；但當(dāng)代史界學(xué)者一般都認(rèn)為是吐番（公元618～842年間的古代藏族政權(quán)）所建。因?yàn)楹髞?lái)藏族人在建造鐵索橋方面頗有建樹(shù)，其中，唐東杰布就是一位杰出的代表。1430年（一說(shuō)1420年），他建造了跨越雅魯藏布江的曲水橋（位置在今拉薩曲水縣達(dá)嘎鄉(xiāng)達(dá)嘎村，1966年建成的曲水大橋附近），也叫甲桑（Chaksam）橋。這橋早已不存，有兩點(diǎn)值得注意：第一，這鐵索橋的鐵索與橋面是通過(guò)吊索（牦牛毛制成）連接，這被公認(rèn)為是世界首創(chuàng)；第二，橋的跨度達(dá)到300步（pace），這在當(dāng)時(shí)是相當(dāng)了不起的！ ▲曲水鐵索橋立面布置示意（繪制于1878年）懸索橋的今生——現(xiàn)代懸索橋金屬質(zhì)感分割線據(jù)記載：鐵鏈懸索橋于1741年始于英國(guó)，其跨度為21.34m，使用了61年。隨著工業(yè)革命的進(jìn)行，懸索橋的建造技術(shù)也隨著時(shí)代潮流蓬勃發(fā)展。現(xiàn)代懸索橋早期國(guó)外現(xiàn)代懸索橋的早期大致從1801年詹姆斯·芬萊建雅各布澗懸索橋，至1883年布魯克林橋建成。期間，比較有代表性有如下幾座懸索橋。英國(guó)最具代表性的懸索橋，是由托馬斯·特爾福德建于1820~1826年的，跨徑為176m的梅奈海峽大橋。該橋是一座公路橋，采用熟鐵和石料制作；全長(zhǎng)417m，主跨176m（為當(dāng)時(shí)世界最大跨）。▲托馬斯·特爾福德

▲梅奈海峽大橋在法國(guó)，1823年，維納爾在研究報(bào)告中考慮了懸索橋的動(dòng)力作用，并取得“穩(wěn)定性隨橋的重量與跨長(zhǎng)而增加”的結(jié)論。這一年，法國(guó)開(kāi)始大量修建懸索橋，其中最具代表性的為1834年建成的弗賴(lài)堡橋，跨徑為265m。里昂的機(jī)械工塞昆和拉梅首先用優(yōu)質(zhì)鍛鐵代替鏈條，并在俄國(guó)跨豐塔卡河建成第一座法國(guó)式懸索橋。美國(guó)的羅勃林針對(duì)惠林橋被大風(fēng)所毀的事故詳加研究，對(duì)懸索橋的設(shè)計(jì)和分析作了許多重要貢獻(xiàn)。1883年在紐約建成的布魯克林橋，系早期懸索橋的典范，主跨達(dá)488m，當(dāng)時(shí)被稱(chēng)為世界工程第八奇跡。

▲布魯克林橋現(xiàn)代懸索橋后期國(guó)外懸索橋后期可概括為自布魯克林橋建成至今。這期間，懸索橋的跨度、規(guī)模和建橋材技術(shù)都有很大發(fā)展。一般來(lái)說(shuō)，國(guó)外懸索橋發(fā)展后期，大致可劃分為以下三類(lèi)。  1、美國(guó)懸索橋20世紀(jì)30年代是美國(guó)修建大跨度懸索橋最興旺的時(shí)期。最具代表性的是1937年建成的舊金山金門(mén)大橋，其主跨為1280m，曾保持世界最大跨徑記錄達(dá)27年之久。▲舊金山金門(mén)大橋此后，許多國(guó)家所修建的大跨度懸索橋基本上都有美國(guó)懸索橋的影子，在風(fēng)格上是一致的，如加拿大1968年修建的跨度為234m+688m+234m=1156m的新魁北克橋。▲加拿大新魁北克橋1940年華盛頓建成的主跨853m塔科瑪老橋，被風(fēng)速僅19m/s的風(fēng)將下承式鋼板梁的加勁梁吹斷，震驚世界。直到20世紀(jì)50年代，美國(guó)克服了懸索橋的抗風(fēng)問(wèn)題，再度致力于修建大跨度懸索橋，并加固了一些抗風(fēng)能力差的舊橋。美國(guó)懸索橋最主要的特點(diǎn)如下：（1）索塔采用鉚接或栓接的鋼塔；（2）主纜都采用空中紡線法制造架設(shè)；（3）加勁梁是非連續(xù)的鋼桁架，適應(yīng)雙層橋面，并在索塔處設(shè)有伸縮縫；2、歐洲懸索橋1966年，英國(guó)在蘇格蘭和布里斯托爾建成跨度305m+988m+3305m=1598m的塞文橋。該橋的建成是懸索橋發(fā)展中向前的一個(gè)突破，也是英國(guó)式懸索橋的開(kāi)始?！?guó)塞文橋塞文橋采用扁平柔細(xì)、界面具有良好抗風(fēng)性能的全焊流線型鋼箱梁來(lái)代替美國(guó)式懸索橋的高、大桁式加勁梁。扁平流線型箱梁的構(gòu)思無(wú)疑是一種進(jìn)步，至今已被廣泛采用。受英國(guó)塞文橋的影響，1970年丹麥建成了第二座采用流線型扁平鋼箱梁的小貝爾特橋，▲丹麥小貝爾特橋1981年，英國(guó)又建成了當(dāng)時(shí)第一跨度的亨伯爾橋，此橋也是采用流線型扁平鋼箱梁和斜吊索，索塔也是采用混凝土?！?guó)亨伯爾橋1991年開(kāi)工，1998年開(kāi)通的丹麥大貝爾特東橋，主橋跨度為535m+1624m+535m=2694m的懸索橋，其加勁梁為31m、高4m，隔板為桁架的鋼箱梁。該橋的最大特點(diǎn)是錨碇采用三角形空腹構(gòu)架式的重力錨，由于通透而顯得輕巧，具有良好的景觀效果。▲丹麥大貝爾特橋歐洲懸索橋的主要特點(diǎn)是：（1）索塔采用焊接鋼結(jié)構(gòu)或鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。（2）有采用主纜與加勁梁在主跨跨中固結(jié)的形式（3）加勁梁采用連續(xù)的流線型扁平鋼箱梁；3、日本懸索橋日本懸索橋的發(fā)展主要是通過(guò)本州四國(guó)聯(lián)絡(luò)線的修建開(kāi)始的，本四聯(lián)絡(luò)三線中有22座大橋，其中最著名的當(dāng)屬1998年建成的一座超世界跨度記錄的特大跨懸索橋，受到世界矚目的明石海峽大橋，其跨度為960m+1991m+960m=3911m?！毡久魇{橋日本在修建上述懸索橋的時(shí)候，受美國(guó)模式的影響較多，在本四聯(lián)絡(luò)線中的懸索橋之所以采用桁式加勁梁，主要考慮其有公路、鐵路兩用橋，采用桁梁易于實(shí)現(xiàn)公路、鐵路分層通過(guò)。由于工業(yè)的發(fā)達(dá)和技術(shù)的發(fā)展，日本懸索橋也有自己的特點(diǎn)：（1）索塔采用鋼結(jié)構(gòu)，主要采用節(jié)段焊接，高強(qiáng)螺栓拼裝節(jié)段；（2）主纜的制造和架設(shè)基本上用預(yù)制索股法代替了空中紡線法；（3）采用連續(xù)桁梁，在塔墩處沒(méi)有伸縮縫；（4）采用正交異性板代替預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土板；國(guó)內(nèi)懸索橋發(fā)展在“懸索橋的前世”一節(jié)中，我們可以看出中國(guó)在古代索橋技術(shù)方面有著豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，但由于歷史種種原因，在近代懸索橋的發(fā)展史上，幾乎看不到中國(guó)的影子。隨著新中國(guó)的成立，國(guó)內(nèi)懸索橋的發(fā)展開(kāi)始追隨世界腳步。20世紀(jì)90年代以后，國(guó)內(nèi)懸索橋的發(fā)展進(jìn)入了新的階段，下面將簡(jiǎn)要介紹國(guó)內(nèi)幾座具有代表性的懸索橋。1995年建成的汕頭海灣大橋是國(guó)內(nèi)第一座大跨徑現(xiàn)代懸索橋，跨度為154m+452m+154m=760m，由于巖盤(pán)良好，采用預(yù)應(yīng)力混凝土加勁梁?！穷^海灣大橋1997年建成主跨1377m的香港青馬大橋，建成時(shí)是世界上最大跨徑的公鐵兩用懸索橋，加勁梁為鋼桁架梁結(jié)構(gòu)并用不銹鋼板外包了風(fēng)嘴，設(shè)有中央通風(fēng)孔，有效提高了橋梁抗風(fēng)穩(wěn)定性?！愀矍囫R大橋1999年建成主跨1385m的江陰長(zhǎng)江公路大橋，這是我國(guó)又一座超千米跨徑的特大橋； 1999年底又建成了國(guó)內(nèi)首座三跨連續(xù)漂浮式鋼箱梁懸索橋——廈門(mén)海滄大橋。▲江陰長(zhǎng)江公路大橋2005年建成了主跨為1490m的潤(rùn)揚(yáng)長(zhǎng)江公路大橋，在跨中設(shè)置了剛性中央扣連接主纜和加勁梁。▲潤(rùn)揚(yáng)長(zhǎng)江公路大橋2009年底建成通車(chē)的舟山西堠門(mén)大橋是我國(guó)目前已通車(chē)的跨度最大的懸索橋，主跨為1650m，地處強(qiáng)臺(tái)風(fēng)區(qū)，加勁梁為分體式鋼箱梁，全寬36m，中間開(kāi)槽6m，能滿足抗風(fēng)穩(wěn)定性要求。（在建的楊泗港大橋?yàn)橹骺?700m、雙層鋼桁梁懸索橋）▲舟山西堠門(mén)大橋2012年建成通車(chē)的泰州長(zhǎng)江公路大橋是世界上首座千米級(jí)三塔兩跨懸索橋，跨度為（1080m+1080m），其中關(guān)鍵技術(shù)是確定合適的中塔剛度，最終通過(guò)比選選擇了有一定柔韌度的鋼塔，并將塔形縱橋向設(shè)計(jì)為人字形來(lái)提高塔的剛度，剛?cè)峤Y(jié)合，從而達(dá)到中塔的最佳剛度?！┲蓍L(zhǎng)江公路大橋▲泰州長(zhǎng)江大橋的“人字形”中塔▲同濟(jì)大學(xué)做的泰州長(zhǎng)江大橋的抗震試驗(yàn)此外，國(guó)內(nèi)不少城市建造了自錨式懸索橋，造型美觀，成為城市的標(biāo)志性建筑物。自錨式懸索橋不需要修建錨碇，可以適用于軟土地基，例如杭州江東大橋。但是自錨式懸索橋存在用鋼量大，施工繁瑣和造價(jià)高等缺點(diǎn)?！贾萁瓥|大橋總結(jié)金屬質(zhì)感分割線從國(guó)內(nèi)外懸索橋的發(fā)展過(guò)程來(lái)看，是人們不斷地與自然界作斗爭(zhēng)、不斷地發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、不斷地改進(jìn)和發(fā)展的過(guò)程。古人為了跨越深澗河谷采用藤、竹等自然材料經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的加工，發(fā)明了溜索，為了增加通過(guò)安全和通行能力，人們又發(fā)明了多索體系，并增加了橋面板；隨著冶鐵技術(shù)發(fā)展，人們逐漸用鐵鏈代替了藤、竹等自然材料建造了鐵鏈索橋；隨著基礎(chǔ)科學(xué)和建造技術(shù)的發(fā)展，懸索橋逐漸由單一的索體系發(fā)展到現(xiàn)代懸索橋的錨碇—索塔—主纜—加勁梁體系；塔科瑪老橋的風(fēng)毀事故使建橋人引進(jìn)了飛機(jī)的抗風(fēng)穩(wěn)定性理念，進(jìn)行了風(fēng)洞試驗(yàn)，做了大量的研究工作，十年后重建塔科瑪橋。至此，人們認(rèn)識(shí)到風(fēng)是懸索橋最大的危害者，必須提高懸索橋的抗風(fēng)能力?！岂R海峽大橋風(fēng)毀事故現(xiàn)場(chǎng)同樣在不斷探索中，主纜由鐵鏈組成發(fā)展到用優(yōu)質(zhì)鍛鐵，到鋼絲繩、鍍鋅高強(qiáng)鋼絲，現(xiàn)在已發(fā)展到直徑7mm的鍍鋅高強(qiáng)鋼絲。懸索橋作為目前最古老而又跨越能力最大的橋式之一，正在不斷逼近自己的跨徑極限。將要建成的墨西納海峽大橋，為主跨3300m的懸索橋，建成后將超越日本明石海峽大橋成為世界最長(zhǎng)的懸索橋。▲墨西納海峽大橋立面及橫斷面布置那么懸索橋的極限跨徑是多少呢？據(jù)相關(guān)專(zhuān)家、學(xué)者的研究，從空氣動(dòng)力學(xué)角度來(lái)看，懸索橋的極限跨徑可以達(dá)到5000m！若有朝一日實(shí)現(xiàn)，那么必將成為人類(lèi)文明史上的又一大奇跡！參考文獻(xiàn)：（1）《懸索橋》 孟凡超等，人民交通出版社；（2）《中國(guó)橋梁史綱》 項(xiàng)海帆 同濟(jì)大學(xué)出版社；（3）《懸索橋跨徑的空氣動(dòng)力極限》項(xiàng)海帆 葛耀君 土木工程學(xué)報(bào)；（4）亞?wèn)|橋話8：懸索橋的前世今生（上） 西南交大橋梁；（5）亞?wèn)|橋話9：懸索橋的前世今生（下） 西南交大橋梁；（6）圖片均來(lái)自網(wǎng)絡(luò)，部分圖片來(lái)自“視覺(jué)中國(guó)”；交流合作我們很高興與結(jié)構(gòu)同行探討，也很愿意為建筑師提供結(jié)構(gòu)方案、咨詢(xún)建議、找形分析等。如有需求，請(qǐng)聯(lián)系小i 微信號(hào)，或者在公眾號(hào)首頁(yè)留言。歡迎交流討論！歡迎投稿！iStructure的初衷是分享建筑結(jié)構(gòu)領(lǐng)域的見(jiàn)聞、優(yōu)秀的設(shè)計(jì)和自己一些的思考，向更多人呈現(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有趣的一面。