悬索结构在我国的应用
一、总述
中国现代悬索结构之发展始于50年代后期和80年代。北京的工人体育馆和杭州的浙江人民体育馆是当时的两个代表作。北京工人体育馆建成于1961年，其屋盖为圆形平面，直径94m，采用车辐式双层悬索体系，由截面为2m X2m的钢筋混凝土圈梁、中央钢环，以及辐射布置的两端分别锚定于圈梁和中央钢环的上索和下索组成。中央钢环直径16m，高11m，由钢板和型钢焊成，承受由于索力作用而产生的环向拉力，并在上、下索之间起撑杆的作用。浙江人民体育馆建成于1967年，其屋盖为椭圆平面，长径80m，短径60m。采用双曲抛物面正交索网结构；长径方向主索垂度44m，短径方向副索拱度2，6m。
大家知道，世界上最早的现代悬索屋盖是美国于1953年建成的Releigh体育馆，采用以两个斜放的抛物线拱为边缘构件的鞍形正交索网。我国建造的上述两个悬索结构无论从规模大小或技术水平来看，在当时都可以说是达到国际上较先进水平的。但此后我国悬索结构的发展停顿了较长一段时间，一直到1980年才建成成都城北体育馆。它的直径为61m的圆形屋盖也是采用车辐式双层悬索结构，但作了一些改进：所有的索在中央环处不切断，而是沿环的切线穿越过去，铺在圈梁的对侧位置上。这样不仅节省了一半悬索锚具，而且中央环不再承受环向拉力，而仅起上、下索之间撑杆的作用，从而节省了相当数量的钢材。
悬索结构能充分利用高强材料的抗拉性能，可以做到跨度大、悬索结构自重小、材料省、易施工。中国是世界上最早应用悬索结构的国家之一，在古代就曾用竹、藤等材料做吊桥跨越深谷。明朝成化年间（1465～1487年）已用铁链建成霁虹桥。近代的悬索结构，除用于大跨度桥梁工程外，还在体育馆、飞机库、展览馆、仓库等大跨度屋盖结构中应用。
悬索按受力状态分成平面结构和空间结构。
平面悬索结构:主要在一个平面内受力的平面结构，多用于悬索桥和架空管道。按结构形式分为：①单层悬索结构。可用做柔式悬索桥，也可用于屋盖，结构刚度较小，在可变荷载作用下变形较大，宜在索上铺设重屋面。②加劲式单层悬索结构。通过在索下面若干吊杆吊有加劲桁架（或加劲梁），以增强结构的刚度。③双层悬索结构。其上索与下索曲率相反，并通过其间的受拉斜腹杆中施加预应力而具有较好的刚度。
空间悬索结构:一种处于空间受力状态的结构，多用于大跨度屋盖结构中。按结构形式分为：①圆形单层悬索结构,用于圆形平面的屋盖，其索按辐射状布置，整个屋面形成下凹的旋转曲面。各根索的外端固定于周边的钢筋混凝土圈梁上，内端固定于圆心附近的拉环上。
当圆心处允许设柱时，可形成伞形悬索结构。②圆形双层悬索结构。其外形与上述结构类似，只是有上下两层索，从而可以有不同布置形式的预应力拉杆以增强刚度。中国北京工人体育馆直径94米的比赛大厅屋盖即采用了这种结构形式。其圆心附近的拉环除承受环向拉力外，在竖直方向还承受压力。③双向正交索网结构。由互相正交的两组索组成。下凹的一组为承重索,上凸的一组为稳定索,两组索形成负高斯曲率的曲面。对其中一组索施加预应力时，另一组索也同时获得预应力的效果。通过施加预应力，可使两组索在屋面荷载作用下始终贴紧，且获得良好的刚度。这种索网可用于椭圆平面、矩形平面、菱形平面或其他平面的屋盖。意大利米兰体育馆屋盖采用了圆形平面的马鞍形索网结构,直径140米，是目前世界上最大的索网结构。中国浙江省人民体育馆屋盖采用80×60米椭圆平面的马鞍形索网，其索端固定于一个空间曲梁上。为了减小曲梁内的弯矩，在索网下还设置了一层水平拉索。
悬索结构在静荷载作用下的分析，首先要确定在初始荷载作用下整个结构的初始状态，然后计算在荷载增量、温度变化和索支点位移所引起的整个结构的内力和变形。悬索结构的初始状态是指在初始荷载(包括自重和预应力)作用下的平衡位置，可通过索的各点坐标和索内拉力的水平分量确定。初始状态一般需要经过多次试算选定。索网结构可按离散的计算模型进行分析;对于索间距较小的正交索网结构,也可按连续的计算模型，即假设为一个没有剪切刚度的各向异性薄膜进行分析。悬索结构具有几何非线性的性质，即在各阶段荷载作用下，无论是内力或变形均与荷载呈非线性关系。当采用离散方法分析悬索结构时会得出非线性代数方程组。采用连续方法分析时则得出非线性微分方程。对于双曲抛物面正交索网也可采用能量原理进行分析。悬索结构当跨度较大而又较柔时宜考虑风振效应，进行动态分析。 悬索结构施工中要注意索的防腐处理和端头锚固的可靠性（见悬索屋盖施工）。
二、工程实例分析
实例一：12月24日，南京长江四桥，中国首座三跨吊悬索桥，被誉为“中国的金门大桥”正式通车。全长28.996公里，其中跨江大桥长约5.448公里，主跨采用1418米三跨吊悬索桥方案，全线按双向六车道高速公路标准设计，跨江大桥设计速度为100公里/小时，两岸接线设计速度为120公里/小时
实例二：苏通大桥位于江苏省东部的南通市和苏州（常熟）市之间，是交通部规划的黑龙江嘉荫至福建南平国家重点干线公路跨越长江的重要通道，也是江苏省公路主骨架网“纵一”——赣榆至吴江高速公路的重要组成部分，是我国建桥史上工程规模最大、综合建设条件最复杂的特大型桥梁工程。苏通大桥工程起于通启高速公路的小海互通立交，终于苏嘉杭高速公路董浜互通立交。路线全长32.4km，主要由北岸接线工程、跨江大桥工程和南岸接线工程三部分
组成。
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