[摘要] 結合現有景區人行懸索橋的研究和建設情況，首先介紹景區人行懸索橋的特點及應用，其次介紹人行懸索橋的結構分類及受力特點，分別從荷載取值、纜索選用、找形分析、人致振動問題、節點設計和橋面板設計六個方面對人行懸索橋設計的關鍵技術問題提出歸納和建議。結果表明：主纜和抗風纜可按順序分別找形，避免同時調整兩類纜索;現有規范考慮到的自振頻率區間未包含實際頻率，已不能滿足大跨度人行懸索橋設計的需要，應對大跨度人行懸索橋的頻率敏感范圍進行研究;吊索與主纜及橋面的連接節點是當前設計中常被忽略的薄弱環節，應根據索內力和應力幅進行節點設計和疲勞驗算;最后給出了玻璃橋面板設計的 5 項建議。

　　[關鍵詞] 大跨度;人行懸索橋; 荷載取值; 找形分析; 人致振動; 玻璃橋面

　　1 景區人行懸索橋概述

　　景區人行懸索橋是指以通過索塔懸掛并錨固于大地或其它結構的纜索作為橋跨上部結構主要承重構件，建設于景區供人通行的橋梁。該類懸索橋一般采用鋼結構作為橋面主要承載結構，以混凝土板、鋼板、鋼化玻璃或木板等作為橋面板供人通行。與公路懸索橋有所不同，人行懸索橋具有以下特點：1)無交通等重荷載，設計荷載較小;2)以纜索作為主要承重構件，能充分發揮材料強度，材料用量少，結構整體更輕柔;3)結構自振頻率低、阻尼小，人致振動和風振問題需要特別關注;4)施工方便，無需大型吊裝設備，能滿足快速施工的要求。景區人行懸索橋通常是景區的地標式建筑，由于其相對建設投入少、吸引游客和經濟回報高等因素，尤其是隨著張家界和天蒙山等地人行懸索橋項目的成功運營，促使景區人行懸索橋在全國范圍內廣泛興起。據不完全統計，全國范圍內已建成超過 150 座景區大跨度人行懸索橋(不含玻璃棧道)，這些項目幾乎全部是近五年內建成并投入使用的，其中部分橋梁信息如表 1 所示。

　　然而，除河北省在 2018 年發布了有關景區人行懸索橋的地方標準征求意見稿外，還沒有全國性的專門針對景區人行懸索橋項目的規范與標準，也沒有其他地方的相關標準。絕大部分人行懸索橋項目在缺少針對性規范的情況下，只能參考相關的公路橋梁設計規范、建筑設計規范或游藝設施設計規范進行設計。這些規范的人群荷載、舒適度要求和玻璃橋面設計等規定并不統一，也不一定適用于景區人行懸索橋。現有人行懸索橋多為相互復制或經驗性的設計，其中的問題也被不斷復制出現，造成景區安全隱患。

　　2 景區人行懸索橋結構體系

　　根據橋面系與主纜的關系，人行懸索橋的結構體系一般可分為以下幾類。

　　2.1 吊掛式結構體系這種類型的景區人行懸索橋最為常見，懸索橋由主纜、索塔、吊索、加勁梁及錨固系統組成，橋面通過吊索吊掛在主纜上，主纜通過索塔懸掛并錨固在兩端，類似于公路懸索橋體系，如圖 1 所示。圖 2 為山東臨沂天蒙山懸索橋，主跨 420m，寬 4m，距谷底高度 143m，采用吊掛式結構體系。

　　2.2 索承式結構體系這類懸索橋的橋面板直接鋪設在主纜上，橋面板需沿主纜的曲線布置，如圖 3 所示，橋面并非水平設置，這樣在橋面縱坡較大處需設置階梯以便行人行走。圖 4 為河北平山紅崖谷懸索橋，主跨 488m，寬 2m，距谷底高度 218m，采用索承式結構體系。

　　2.3 綜合承重體系這類景區人行懸索橋的橋面板同索承式懸索橋一樣，直接鋪設在主纜上，但是同時設有主纜吊索共同受力，是一種綜合承重懸索橋。這類體系是前兩類結構體系的結合，在中小跨度的景區人行懸索橋中比較常見，如圖 5 所示。

　　3 設計關鍵問題

　　3.1 荷載作用除結構自重恒荷載外，景區人行懸索橋需要特別重視人群荷載、欄桿荷載及風荷載的作用。 3.1.1 人群荷載人群荷載的確定應同時考慮安全性和經濟性，人群荷載不與其他橋面活荷載同時考慮。當前我國現行相關規范對于人群荷載取值的要求見表 2。根據我國現行相關規范建議：1)隨著加載長度的增加，人群荷載取值可逐漸減小;2)應分別進行正常使用狀態和承載力極限狀態設計，同時針對景區特點，考慮人群聚集狀態的非均勻荷載分布計算;3)橋面系局部設計時的人群荷載取值應較整橋結構設計時大。在上述原則的基礎上，景區懸索橋人群荷載的取值應根據景區運營能力和橋梁實際跨度進行專門研究，或對上橋人數限流控制。也可按以下標準取值：結構整體計算時，不應小于 2.4kN/m2;設計橋面系、吊索，或分析聚集人群不利影響時，局部密集人群荷載取 3.5kN/m2;單塊橋面板的人群荷載按 5kN/m2 或 1.5kN 豎向集中力作用在一塊構件上計算，取其不利者。 3.1.2 橋上欄桿荷載對于橋上欄桿的設計荷載，水平荷載與豎向荷載應分別計算，當前我國現行規范對橋上欄桿荷載也有相關規定，見表 3。考慮到景區人行懸索橋上游客聚集且更趨向拉靠欄桿，建議取作用在欄桿扶手上的水平向外荷載為 2.0kN/m;豎向荷載為 1.2kN/m。同時，應提高欄桿節點設計的構造要求。 3.1.3 風效應分析和抗風措施設計風荷載取值可參考《公路橋涵抗風設計規范》(JTG/T D60-01-2004)、《公路懸索橋設計規范》(JTG/T D65-05-2015)和《建筑結構荷載規范》(GB 50009—2012)[4]等規范，并結合橋址當地實測風速選取。設計時應考慮山峰、山谷修正系數影響以及不同風向角的影響。《游樂設施安全規范》(GB 8408 —2008)[5]中規定風速超過 15m/s 時應關閉設施，設計也應根據當地環境情況明確提出景區人行橋的關閉條件，建議取橋面基準風速值為 15m/s 作為運營階段的風速限值。

　　3.2 纜索選用人行懸索橋結構中常用的纜索構件包括主纜、抗風纜、吊索和抗風拉索，可選用的索型有鋼絲束、鋼絞線、鋼絲繩、鋼拉桿，所用高強度鋼絲宜采用熱鍍鋅線材或鋅-5%鋁-混合稀土合金鍍層鋼絲。索的選用方面通常需要考慮承載能力、運輸可行性、防腐和錨固四類問題。由于景區人行懸索橋多建設在山區之中，當主纜長度大、重量大、運輸不便時，宜選用多股平行鋼絲束(圖 10)，采用預制平行索股法(PPWS 法)架設主纜。這樣可以將主纜分為多股小截面索股運達橋址，在施工現場進行組纜、整圓并纏絲防腐，以此解決纜索運輸困難的問題。這也是公路懸索橋中解決索材防腐問題的一種常用方法。同時，多股平行鋼絲束能夠更容易實現散索錨固。

　　3.3 找形方法懸索橋的形態可以分為成橋狀態、空纜狀態(自由懸掛長度)和無應力狀態。懸索橋受力后表現為較強的非線性特征，其纜索到位后難以后期調整索力和標高，必須通過準確計算其無應力狀態來進行施工過程控制[7]，因此計算懸索橋合理成橋狀態，是懸索橋設計的重點之一。懸索橋找形的目的就是找到施工開始時的理想狀態，經過自重荷載施加達到理想成橋狀態，即建成后在恒荷載作用(含初應變)下，全橋位移為零或較小值。懸索橋線形的確定方法大致可分為解析法和有限元法，解析法僅適用于理想情況，而有限元法則適應性更強。采用有限元軟件進行找形的方法主要有：1)纜索應變調整法：通過多次調整纜索的初應變，使得結構在恒荷載作用下的撓度和應力最小;2)坐標更新法：根據初次計算撓度反向調整纜索初始坐標，使得結構在恒荷載作用下的撓度和應力最小。實際設計過程中，可以將兩種方法結合使用，提高找形效率和準確性。

　　3.4 人致振動設計我國現有相關規范僅從限制自振頻率下限的角度對人行橋振動舒適度提出了規定：《城市人行天橋與人行地道技術規范》(CJJ 69—1995)[3]規定人行橋的豎向頻率不應小于 3Hz，《建筑樓蓋結構振動舒適度技術標準》(JGJ/T 441—2019)[9]則要求連廊和室內天橋的第一階橫向自振頻率不宜小于 1.2Hz。人行懸索橋人致振動設計目前還沒有國內規范可供參考，暫可參考德國人行橋設計指南 EN03 —2007[10] (簡稱《指南》)的主要流程進行設計，如圖 12 所示。

　　3.5 節點設計節點設計是景區人行懸索橋設計的重要環節。其中主纜與索鞍連接節點是其中的重點，該節點可參考公路懸索橋中的索鞍節點構造進行設計。為了主纜張拉的需要，此節點應設計為，在施工過程中可在橋塔上滑動，通過索鞍的側推實現主纜的張拉，待索鞍就位后再與橋塔進行固定。吊索與主纜及橋面的連接節點是當前設計中常被忽略的薄弱環節，該節點受風荷載和振動影響較大，易出現疲勞松弛問題。常見的吊索與主纜或鋼橋面的連接節點形式如圖 14 所示，應根據計算所得的各工況下吊索內力和應力幅進行節點設計和疲勞驗算。

　　3.6 橋面板景區人行懸索橋的橋面材料一般可選用玻璃、木材、混凝土板、鋼板等，為了追求美觀與刺激的娛樂效果，景區人行懸索橋常常采用玻璃橋面板。根據筆者對景區玻璃橋面的現狀調研，基于目前的應用情況及存在的問題，關于玻璃橋面板的設計有如下建議：(1)玻璃橋面設計時宜考慮 2.0 的動力放大系數。點支承和夾持支承的方式會造成玻璃板上的應力集中，因此玻璃橋面板必須采用四邊支承方式。(2)玻璃橋面板必須采用夾層玻璃，且夾層玻璃片數不宜少于 3 片，并在設計時應考慮一片玻璃面板破碎的不利工況。參考《玻璃幕墻工程技術規范》(JGJ 102—2003)[12]，由于人行懸索橋位于室外，在高溫等惡劣的工作條件下，建議不考慮夾膠玻璃中膠片的有利作用。(3)對于夾層玻璃膠片材料，SGP 夾層玻璃在開裂后仍具有一定的剩余承載力，且耐久性較好，設計時宜優先選用 SGP 夾層玻璃[13]。(4)為降低玻璃自爆率，宜選用優質玻璃原片或超白玻璃，并進行二次熱處理。(5)在景區運營時宜要求游客穿上鞋套以防止玻璃橋面出現劃痕，產生玻璃破碎的隱患。

　　4 結語

　　大跨度景區人行懸索橋通常是景區的地標式建筑，其設計過程應經過特別分析和驗證。本文介紹了人行懸索橋常見結構體系及其特點，并在荷載取值、纜索選用、找形分析、人致振動、節點設計和橋面板六個方面對人行懸索橋結構設計的關鍵技術問題提出了歸納和建議，希望為工程設計人員提供參考和借鑒。

　　參 考 文 獻

　　[1] BOGLE ANNETTE, SCHMAL PETER CACHOLA.輕• 遠：德國約格•施萊希和魯道夫•貝格曼的輕型結構[M].北京：中國建筑工業出版社，2004.

　　[2] 公路橋涵設計通用規范：JTG D60—2004[S].北京：人民交通出版社,2004.

　　[3] 城市人行天橋與人行地道技術規范：CJJ 69—1995[S]. 北京：中國建筑工業出版社,1996.

　　[4] 建筑結構荷載規范：GB 50009—2012[S].北京：中國建筑工業出版社,2012.

　　[5] 游樂設施安全規范：GB 8408—2008[S].北京：中國標準出版社,2008.

　　《大跨度人行懸索橋結構設計關鍵技術》來源：《建筑結構》，作者：秦格 1，劉楓 1,2，馬明 1，張強 1