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【摘要】目前，针对车行吊桥的分析文献较多，分析理论和计算方法也日趋成熟，但对于人行吊桥这种对于挠度要求不高、结构较柔的体系，分析文章较少，亦无特定规范供参考，有必要对其进行进一步分析，以供类似设计提供借鉴。
【关键词】钢丝绳主缆；人行吊桥；柔性桥梁；无应力索长
人行吊橋具有跨越能力大、线形优美等特点，通过合理选择主缆材料，能够使得主缆受拉特性得以充分发挥。与其它桥型相比，吊桥具有以下优点：1.跨径越大，相对材料耗费越少，桥梁的造价也相对越低；2.吊桥桥面标高可根据通航水位和通航净空进行灵活调整；3.施工时无需在河道中心建立临时桥墩，因此，可以在水位较深和水流较急的河道上空建立吊桥；4.只要吊桥具备一定的刚度和强度，就能适应大风地区和地震地区的需要。另外，吊桥主缆悬链线的曲线形状能够给人以舒缓柔和的美感，因此，目前在桥梁跨度较大时，尤其是景观要求较高时，这一经典桥型具有很强的竞争力。
对于人行桥梁设计，主要参考现行规范《城市人行天桥和人行地道技术规范》（CJJ69-95），由于规范发布时间较久，且关于悬索桥条文内容又较少，以致设计人员参考困难，若完全依据《公路悬索桥设计规范》（JTG/TD65-05-2015）进行设计，势必又会增加桥梁自身结构的工程量，不能达到经济、美观的目的，也不能反应人行桥的自身特点。
1、工程概况
某桥梁上部结构采用1×86m悬索结构，桥面系净跨78m，两岸设置宝塔式桥头堡。桥面全宽2.8m、净宽2.5m。桥面系为由槽钢组成的纵横梁结构，横梁采用[20a、纵梁采用5根[18b，为增加桥面系整体刚度，桥面板采用3mm厚花纹钢面板并与纵梁焊接。桥面两侧各设置一道弓字型伸缩缝。总体布置图如图1所示。
2、设计要点
2.1 计算模型及成桥主缆线形的确定
分析模型采用MIDAS/Civil建立桥梁空间三维模型，主缆采用索单元建模、主塔、纵横梁采用梁单元，为方便计算，建模时按照桥塔刚度等效原则，将桥塔简化为门式结构，全桥共分为162个索单元和522个梁单元，如图2所示。
成桥主缆线形的确定主要由两个计算步骤完成，首先确定主缆的垂点、锚固点和塔顶转向点，然后计算桥面系每延米的重量，通过调用几何刚度初始荷载矩阵建立主缆的初始状态，然后考虑主缆和吊杆的自重，得到结构的初始平衡状态，在对边界条件和加劲梁按照实际成桥状态修正后，进行精确平衡状态的非线性分析，得出成桥后主缆线形[1]。
2.2加载模式的确定
移动荷载是通过影响线方式在加劲梁上加载的，需要确定的刚度和边界条件，而主缆属于索单元，程序求解时通过采用初始荷载中的小位移（初始单元内力）把索单元转化为桁架单元来求解。由于吊桥属内部多次超静定体系，主缆垂点最大位移及最大拉力时布载方式不一定为桥面满载，需采用影响线追踪加载方式进行确定。利用程序自带移动荷载追踪器进行追踪加载，如图3～4所示。由图3可以看出，主缆跨中发生最大位移时对应的布置方式为桥面中间约1/3跨范围内布载，由图4可以看出，主缆发生最大拉力时对应的布置方式为桥面满载。
2.3 主缆的选择和无应力索长确定
悬索桥尤其是大跨悬索桥的柔性特点，使其线形易受到施工现场条件、临时设施和环境温度的影响，因此主缆设计是悬索桥合理设计的关键[2]。根据吊桥多年的建设经验，主缆材料主要有平行钢丝束、钢绞线和钢丝绳三种[3]，平行钢丝主缆由于受力性能优良、施工工艺先进而多被用在大跨车行悬索桥上，采用预制索股法（PPWS）施工；小跨人行吊桥主要采用钢丝绳主索，采用空中曲线编股法施工，近年来，随着钢丝绳捻制工艺的提高，也有采用7根钢丝绳整体捻制成一股，外包PE防腐的钢丝绳主缆，由于此种主缆对生产工艺要求较高，还没有完全推广。相比较，国内钢绞线主索的应用并不多，但是考虑到新型环氧涂装钢绞线外包PE有较好的防腐效果，在人行吊桥发展中有一定的竞争优势。经计算，本桥主缆最大拉力为420kN，为节约造价，主缆材料采用6×19W+IWS1870型钢芯热镀锌成材钢丝绳。但钢丝绳主缆由于弹性模量相对较小、在后期易引起应力松弛，在进场后须进行必要的预张拉，成桥后也应对主缆线形进行定期的观测，以便及时调整线形。
求解主缆无应力索长的目的是确定施工时的下料长度，求解时可按照倒拆法分析，步骤为：成桥状态>拆除桥面二期荷载>拆吊杆（同时须对主梁进行满堂支架约束）。需要强调的是，对于主缆内力的计算，主缆任一单元之间的I端和J端外观是直线连接，但实际计算其内力应是由索单元的悬链线长度减去无应力索长来推算得到，而不是单纯的由两点间直线减去无应力索长推算得到。
2.4 桥面系的确定
国内已建的人行吊桥主梁形式主要由型钢格构式和桁架式两种。不同的主梁形式对结构的动力特性影响较大，进而会影响行人的过桥舒适性[4]。桁架式主梁由于建筑高度大、刚度较高，常被用在客流量较大的、对结构刚度要求较高的桥型中。反之，格构式结构具有桥面系重量轻、体系柔、竖向挠度大等特点，能够适应悬索结构的大变形要求，常被用在跨度不大的、行人不密集的场所。本工程桥面系采用纵横向格构体系，纵横梁均采用槽钢，桥面板采用4mm厚花纹钢面板，并在钢面板表面开设规则圆孔，以减低风振影响。同样，为减小风压面积，桥面栏杆采用钢管焊接形式，以减低风荷载效应。
2.5 锚碇形式的确定
锚碇形式应结合现场地质资料确定，根据地质勘察报告，桥头两侧土层主要以粘土为主，不适宜采用隧道锚形式，最终确定锚碇采用重力式锚碇结构。重力式锚碇块又分前锚式和后锚式，考虑到钢丝绳主缆成桥后存在应力松弛现象，为方便后期对主缆线形进行微调，本桥采用前锚式结构。主索锚具为套筒式热铸锚，锚头处采用预埋调质拉杆，在拉杆上设置锚杯，在锚杯内灌注锌铜合金，通过在拉杆上设置螺纹，可在主缆架设后对主缆线形进行微调，如图5所示： 2.6 鞍座形式的确定
鞍座是供主缆通过塔顶的支撑结构，由设有弧形索槽的肋形铸钢块件组成，是将主缆荷载按弧线传布于塔柱使其垂直受力的装置，也是全桥的主要传力构件[5]。常用的人行吊桥鞍座通常分为刚性索鞍和柔性索鞍，刚性鞍座一般要设辊轴装置，将传来的集中荷载分布在塔柱上，而柔性鞍座或摆柱式则直接将铸铁上座与塔柱顶面用螺栓固定。
本桥鞍座采用铸钢材料的刚性构件，索鞍主要由底板、座体两部分组成，安放索股的鞍槽加工成精确的阶梯形圆弧曲面，以适应主缆索股在鞍内的设计形状和排列，在索槽加入钢板垫片、以克服相对滑动，如图6所示：
3、施工要点
主要施工流程：主塔下部基础、承台、塔架的施工，施工两侧主缆重力式锚碇块>主缆索鞍的安放>架设钢丝绳主缆母索（基准索）>架设钢丝绳主缆其余缆索>架设吊杆>架设横、纵梁并形成格构体系>施工桥面系附属>检测通行。
需要注意的是，钢丝绳主缆送至场地后，要分别对主缆进行预拉和标定。选定一根母索作为基准索，母索在一侧先行锚固，另一侧通过拖船拖至对岸进行临时锚固，对母索进行线形调整，满足设计要求后进行连续观测，下沉位移满足规范要求后再用同样的办法对其余钢丝绳主缆进行安装并编束成六角形。为最大限度减少累计误差，从中间往两侧施工架设吊杆及横梁，调整至设计标高后，在横梁上铺设纵梁并与之焊接，达到设计要求后铺设桥面花纹钢面板。
结论：
1）人行吊桥具有造型美观、施工周期短、工程造价较低等优点，比较适合在旅游景区、城市湿地公园等场所修建，在设计时，既要考虑桥梁本身的安全性、实用性和耐久性，又要从实际情况出发，尽量节约工程造价。
2）对于无边跨的吊桥，主缆跨中发生最大位移时对应的布置方式为桥面中间约1/3跨范围内布载，主缆发生最大拉力时对应的布置方式为桥面满载。
3）主缆的无应力索长可以通过“倒拆法”来求解，求解主缆内力时应采用悬链线长度减去无应力索长来进行换算。
4）但钢丝绳主缆由于弹性模量相对较小、在后期易引起应力松弛，在进场后须进行必要的预张拉，成桥后也应对主缆线形进行定期的观测，以便及时调整线形。
参考文献：
[1]葛俊颖.桥梁工程软件midas Civil使用指南[M].北京：人民交通出版设，2013.
[2]阮惠强.悬索桥主缆设计[J].城市建筑，2013，12.
[3]張志国，张庆芳，等.某人行悬索桥的设计与构思[J].国防交通工程与技术，2003，04.
[4]朱俊朋，鞠三，等.考虑舒适度的人行悬索桥振动控制[J].南京工业大学学报，2013，05.
[5]雷俊卿.悬索桥设计[M].北京：人民交通出版设，2002.
【关键词】钢丝绳主缆；人行吊桥；柔性桥梁；无应力索长
人行吊橋具有跨越能力大、线形优美等特点，通过合理选择主缆材料，能够使得主缆受拉特性得以充分发挥。与其它桥型相比，吊桥具有以下优点：1.跨径越大，相对材料耗费越少，桥梁的造价也相对越低；2.吊桥桥面标高可根据通航水位和通航净空进行灵活调整；3.施工时无需在河道中心建立临时桥墩，因此，可以在水位较深和水流较急的河道上空建立吊桥；4.只要吊桥具备一定的刚度和强度，就能适应大风地区和地震地区的需要。另外，吊桥主缆悬链线的曲线形状能够给人以舒缓柔和的美感，因此，目前在桥梁跨度较大时，尤其是景观要求较高时，这一经典桥型具有很强的竞争力。
对于人行桥梁设计，主要参考现行规范《城市人行天桥和人行地道技术规范》（CJJ69-95），由于规范发布时间较久，且关于悬索桥条文内容又较少，以致设计人员参考困难，若完全依据《公路悬索桥设计规范》（JTG/TD65-05-2015）进行设计，势必又会增加桥梁自身结构的工程量，不能达到经济、美观的目的，也不能反应人行桥的自身特点。
1、工程概况
某桥梁上部结构采用1×86m悬索结构，桥面系净跨78m，两岸设置宝塔式桥头堡。桥面全宽2.8m、净宽2.5m。桥面系为由槽钢组成的纵横梁结构，横梁采用[20a、纵梁采用5根[18b，为增加桥面系整体刚度，桥面板采用3mm厚花纹钢面板并与纵梁焊接。桥面两侧各设置一道弓字型伸缩缝。总体布置图如图1所示。
2、设计要点
2.1 计算模型及成桥主缆线形的确定
分析模型采用MIDAS/Civil建立桥梁空间三维模型，主缆采用索单元建模、主塔、纵横梁采用梁单元，为方便计算，建模时按照桥塔刚度等效原则，将桥塔简化为门式结构，全桥共分为162个索单元和522个梁单元，如图2所示。
成桥主缆线形的确定主要由两个计算步骤完成，首先确定主缆的垂点、锚固点和塔顶转向点，然后计算桥面系每延米的重量，通过调用几何刚度初始荷载矩阵建立主缆的初始状态，然后考虑主缆和吊杆的自重，得到结构的初始平衡状态，在对边界条件和加劲梁按照实际成桥状态修正后，进行精确平衡状态的非线性分析，得出成桥后主缆线形[1]。
2.2加载模式的确定
移动荷载是通过影响线方式在加劲梁上加载的，需要确定的刚度和边界条件，而主缆属于索单元，程序求解时通过采用初始荷载中的小位移（初始单元内力）把索单元转化为桁架单元来求解。由于吊桥属内部多次超静定体系，主缆垂点最大位移及最大拉力时布载方式不一定为桥面满载，需采用影响线追踪加载方式进行确定。利用程序自带移动荷载追踪器进行追踪加载，如图3～4所示。由图3可以看出，主缆跨中发生最大位移时对应的布置方式为桥面中间约1/3跨范围内布载，由图4可以看出，主缆发生最大拉力时对应的布置方式为桥面满载。
2.3 主缆的选择和无应力索长确定
悬索桥尤其是大跨悬索桥的柔性特点，使其线形易受到施工现场条件、临时设施和环境温度的影响，因此主缆设计是悬索桥合理设计的关键[2]。根据吊桥多年的建设经验，主缆材料主要有平行钢丝束、钢绞线和钢丝绳三种[3]，平行钢丝主缆由于受力性能优良、施工工艺先进而多被用在大跨车行悬索桥上，采用预制索股法（PPWS）施工；小跨人行吊桥主要采用钢丝绳主索，采用空中曲线编股法施工，近年来，随着钢丝绳捻制工艺的提高，也有采用7根钢丝绳整体捻制成一股，外包PE防腐的钢丝绳主缆，由于此种主缆对生产工艺要求较高，还没有完全推广。相比较，国内钢绞线主索的应用并不多，但是考虑到新型环氧涂装钢绞线外包PE有较好的防腐效果，在人行吊桥发展中有一定的竞争优势。经计算，本桥主缆最大拉力为420kN，为节约造价，主缆材料采用6×19W+IWS1870型钢芯热镀锌成材钢丝绳。但钢丝绳主缆由于弹性模量相对较小、在后期易引起应力松弛，在进场后须进行必要的预张拉，成桥后也应对主缆线形进行定期的观测，以便及时调整线形。
求解主缆无应力索长的目的是确定施工时的下料长度，求解时可按照倒拆法分析，步骤为：成桥状态>拆除桥面二期荷载>拆吊杆（同时须对主梁进行满堂支架约束）。需要强调的是，对于主缆内力的计算，主缆任一单元之间的I端和J端外观是直线连接，但实际计算其内力应是由索单元的悬链线长度减去无应力索长来推算得到，而不是单纯的由两点间直线减去无应力索长推算得到。
2.4 桥面系的确定
国内已建的人行吊桥主梁形式主要由型钢格构式和桁架式两种。不同的主梁形式对结构的动力特性影响较大，进而会影响行人的过桥舒适性[4]。桁架式主梁由于建筑高度大、刚度较高，常被用在客流量较大的、对结构刚度要求较高的桥型中。反之，格构式结构具有桥面系重量轻、体系柔、竖向挠度大等特点，能够适应悬索结构的大变形要求，常被用在跨度不大的、行人不密集的场所。本工程桥面系采用纵横向格构体系，纵横梁均采用槽钢，桥面板采用4mm厚花纹钢面板，并在钢面板表面开设规则圆孔，以减低风振影响。同样，为减小风压面积，桥面栏杆采用钢管焊接形式，以减低风荷载效应。
2.5 锚碇形式的确定
锚碇形式应结合现场地质资料确定，根据地质勘察报告，桥头两侧土层主要以粘土为主，不适宜采用隧道锚形式，最终确定锚碇采用重力式锚碇结构。重力式锚碇块又分前锚式和后锚式，考虑到钢丝绳主缆成桥后存在应力松弛现象，为方便后期对主缆线形进行微调，本桥采用前锚式结构。主索锚具为套筒式热铸锚，锚头处采用预埋调质拉杆，在拉杆上设置锚杯，在锚杯内灌注锌铜合金，通过在拉杆上设置螺纹，可在主缆架设后对主缆线形进行微调，如图5所示： 2.6 鞍座形式的确定
鞍座是供主缆通过塔顶的支撑结构，由设有弧形索槽的肋形铸钢块件组成，是将主缆荷载按弧线传布于塔柱使其垂直受力的装置，也是全桥的主要传力构件[5]。常用的人行吊桥鞍座通常分为刚性索鞍和柔性索鞍，刚性鞍座一般要设辊轴装置，将传来的集中荷载分布在塔柱上，而柔性鞍座或摆柱式则直接将铸铁上座与塔柱顶面用螺栓固定。
本桥鞍座采用铸钢材料的刚性构件，索鞍主要由底板、座体两部分组成，安放索股的鞍槽加工成精确的阶梯形圆弧曲面，以适应主缆索股在鞍内的设计形状和排列，在索槽加入钢板垫片、以克服相对滑动，如图6所示：
3、施工要点
主要施工流程：主塔下部基础、承台、塔架的施工，施工两侧主缆重力式锚碇块>主缆索鞍的安放>架设钢丝绳主缆母索（基准索）>架设钢丝绳主缆其余缆索>架设吊杆>架设横、纵梁并形成格构体系>施工桥面系附属>检测通行。
需要注意的是，钢丝绳主缆送至场地后，要分别对主缆进行预拉和标定。选定一根母索作为基准索，母索在一侧先行锚固，另一侧通过拖船拖至对岸进行临时锚固，对母索进行线形调整，满足设计要求后进行连续观测，下沉位移满足规范要求后再用同样的办法对其余钢丝绳主缆进行安装并编束成六角形。为最大限度减少累计误差，从中间往两侧施工架设吊杆及横梁，调整至设计标高后，在横梁上铺设纵梁并与之焊接，达到设计要求后铺设桥面花纹钢面板。
结论：
1）人行吊桥具有造型美观、施工周期短、工程造价较低等优点，比较适合在旅游景区、城市湿地公园等场所修建，在设计时，既要考虑桥梁本身的安全性、实用性和耐久性，又要从实际情况出发，尽量节约工程造价。
2）对于无边跨的吊桥，主缆跨中发生最大位移时对应的布置方式为桥面中间约1/3跨范围内布载，主缆发生最大拉力时对应的布置方式为桥面满载。
3）主缆的无应力索长可以通过“倒拆法”来求解，求解主缆内力时应采用悬链线长度减去无应力索长来进行换算。
4）但钢丝绳主缆由于弹性模量相对较小、在后期易引起应力松弛，在进场后须进行必要的预张拉，成桥后也应对主缆线形进行定期的观测，以便及时调整线形。
参考文献：
[1]葛俊颖.桥梁工程软件midas Civil使用指南[M].北京：人民交通出版设，2013.
[2]阮惠强.悬索桥主缆设计[J].城市建筑，2013，12.
[3]張志国，张庆芳，等.某人行悬索桥的设计与构思[J].国防交通工程与技术，2003，04.
[4]朱俊朋，鞠三，等.考虑舒适度的人行悬索桥振动控制[J].南京工业大学学报，2013，05.
[5]雷俊卿.悬索桥设计[M].北京：人民交通出版设，2002.