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【中国交通报】悬索桥的前世今生

来源:中国交通报  作者:李亚东   编辑:外宣报道   日期:2017/7/14   点击数:1239  

悬索桥,又名吊桥,指的是以通过索塔悬挂并锚固于两岸(或桥两端)的缆索、钢链作为上部结构主要承重构件的桥梁。其缆索几何形状由力的平衡条件决定,一般接近抛物线。从古至今,悬索桥都是跨越能力最大的桥型。悬索桥的构造技艺是19世纪才逐渐成熟的,现代悬索桥起源于中国古代索桥,后扩散至全世界。   

索桥始于古人智慧    

古时遇到不宽不深的河水溪流,人们会在河中摆放一些石块,或是将石板搁放在石堆上,或是将树干搭放在两岸,这样就可踏石或踏木过河。待技艺有所发展后,就可建造一些跨度十分有限的木梁桥、石梁桥和石拱桥。    

相比而言,在崇山峻岭之中造桥,难度就要大得多。例如,在我国的三江并流区域,在西藏雅鲁藏布江流域,在四川、贵州的一些地区,那里高山路崎,急流汹涌。即便是今天建桥,也绝非易事,更遑论没有现代造桥技术、材料和工具的古代先民了。即便再难,桥还得造。但拿什么造桥?造什么样的桥?古代人大概是从山林间动物借助藤蔓攀援而得到启示,发明了以藤、竹、草等自然界材料加工成索来造桥的办法,逐步创造出了索桥。    

最简单的方式是在两岸固定一根索,一头高,一头低,这样人就可借倾斜之势滑越渡河。这就是最原始的渡河工具——溜索,直到今天,少数偏远地区仍在使用,但材料已改用钢丝绳或钢绞线了。溜索通常只能渡人,而且危险。多用几根索,上下布置,索间用藤或绳连结成网状,或者直接用藤编成网,就成为索网桥或藤网桥,过河也相对安全了。后来出现了多索的形式,即一部分索平铺在下面,上铺木板形成较宽的桥面,一部分索高置两侧,兼做扶手和护栏,这样的索桥,既可以行人,也可过渡货物、牲畜,这就是早期的索桥。    

随着社会的进步发展,古代中国开始逐步把铁索应用于桥梁,将金属锻打成环,环环相扣,称为链。现知最早的铜链是湖北随县曾侯乙墓(公元前5世纪)中出土的提链鑑等,可见“链”是古而有之的。最早关于铁链的描述,出现在西晋,与战争有关,直至公元6至7世纪,同一时代的史书中才开始出现关于铁链桥的记载。    

中国索桥的现代之路    

中国的索桥技术是如何传到西方的?目前最合理的推论是:从新航路开辟以来,东西方之间通过宗教、文化、商业交流,使欧洲逐步了解到古代中国的索桥技术。对此,英国科技史专家李约瑟曾说:“在整个事情的发展过程中,一定有一系列的影响是从中国的铁索桥流传到文艺复兴时期和近期的欧洲工程师们那里,虽然我们还不可能阐明发展的全部过程。”    

欧洲最早的铁索桥,是1741年英格兰建成的温奇人行桥,其主缆采用小尺寸铁环制成的铁链。1801年,美国人詹姆斯建造了雅各布桥,这座桥由熟铁链杆组成,并设置了索塔、锚碇及水平布置的桥面,后因这样的构造有利于行车,被广泛采用。在美国,小查尔斯·埃利特采用熟铁丝制索,1842年建成费尔蒙特桥,1849年建成跨度达308米的威林桥,成为当时世界第一大跨桥。同一时期的约翰·罗布林也大展身手,1854年建成尼亚加拉瀑布悬索桥,1866年又建成跨度322米的约翰·罗布林桥,1883年建成举世闻名的布鲁克林大桥,跨度跃升至空前的486米。由此,拉开了现代大跨度悬索桥建设的帷幕。    

现代悬索桥的发展大体可划分为以下几个阶段。第一阶段是20世纪60年代以前在美国的发展,第二阶段是20世纪60至80年代在欧洲的发展,第三阶段是20世纪80年代以来在日本的发展,第四阶段是20世纪90年代以来在中国的发展。中国从20世纪30年代就开始尝试现代悬索桥建设,直到90年代悬索桥建设才迎来快速发展期。在1995至1997年间先后建成汕头海湾大桥、西陵长江大桥和虎门大桥。1997年以来,短短20年内,我国悬索桥建设发展迅猛,建造了西堠门桥、润扬大桥等一批世界级别的桥梁,令世人瞩目。在建的武汉杨泗港大桥,跨度达1700米,而千米级跨度的三塔悬索桥(如泰州长江公路大桥、安徽马鞍山长江大桥、武汉鹦鹉洲长江大桥等)和用于高铁交通的悬索桥(如五峰山长江大桥等),成为中国悬索桥的技术创新亮点。    

(作者系西南交通大学土木工程学院桥梁工程系教授、博士生导师,中国土木工程学会桥梁及结构工程学会常务理事)


来源:中国交通报7月13日