自锚式悬索桥是由主缆、加劲梁、主塔、鞍座、锚固构造、吊索等构件构成的柔性悬吊组合体系,桥面重量、车辆荷载等竖向荷载通过吊杆传至主缆承受,主缆承受拉力,而主缆锚固在梁端,将水平分力传递给主梁。由于水平分力的大小与主缆的矢跨比有关,因此可以通过调整矢跨比来调节主梁内水平分力。跨度较大时,可以适当增大矢跨比,以减小主梁内的压力。反之,跨度较小时,可以适当减小矢跨比,使混凝土主梁内的预压力适当提高。由于主缆在塔顶锚固,为了尽量减少主塔承受的水平力,必须保证边跨主缆的水平力与中跨主缆产生的水平力基本相等,这可以通过合理的跨径比来调节,也可以通过改变主缆的线形来调节。
自锚式悬索桥中的恒载由主缆来承受,而活载还需要由加劲梁来承受,所以加劲梁应采用具有一定抗弯刚度的箱形断面较为合适。采用混凝土加劲梁,虽然增加了体系的自重,但也增大了体系的刚度。对结构受力而言,自锚式悬索桥将主缆锚固于主梁上,利用主梁来抵抗水平分力,这对于抗压性能好的混凝土材料来说无疑是提供了免费的预应力,因此采用普通钢筋混凝土结构,不仅节省了大量的预应力器具,而且经济性也比钢加劲梁好。但混凝土的抗拉、抗弯性能较差,在进行受力分析时应综合考虑这个特点。
自锚式悬索桥的大部分构造和地锚式悬索桥相似,重要的区别在于主缆的锚固方式。白锚式悬索桥巨大的主缆力集中作用于加劲梁梁端,主缆要在有限的空间内实现分束锚固。为了实现主缆与加劲梁传力顺畅、主缆锚固可靠、主缆束股架设张拉方便易行等。白锚式悬索桥的锚固方式主要有以下三种形式:
(1)混凝土结构锚固方式
混凝土结构的主缆锚固方式与普通的锚碇构造比较相近,主缆在散索鞍处散开,分别锚固在锚固体上。锚固体(锚固块或锚固梁)要求足够的刚度和强度,以传递主缆的拉力。当边跨为钢加劲梁时,也可以设计成混凝土锚箱(梁)散开锚固,但钢加劲梁部分要通过合理的构造措施与混凝土锚固结构连接。混凝土结构锚固方式可分为Ⅰ型(常规锚固形式)与Ⅱ型(通过转索鞍使主缆转向,进入墩身,在锚固墩中散开锚固于墩身中)。
(2)钢结构锚固方式
主缆进入钢结构锚固体,通过散索鞍散开分别锚固在锚固面上。锚固体通过高强螺栓或者焊缝与钢箱梁的顶板、底板和腹板相连,将水平分力传递给全截面。这种锚固方式往往需要在钢箱梁内设置配重,桥墩处可能还需设置抗拉支座。
(3)环形锚固方式
主缆束股连续绕在梁段的锚固跨上连接成环形,通过转索鞍实现束股的转向。索鞍由箱梁支承,设计成可移动的,以平衡两主缆的索力差;也可以设计成不能移动的。在施工期间,两主缆索力差异可通过调整塔顶鞍座来平衡。
此外,自锚式悬索桥主缆拉力的垂直分力将使桥梁的两端产生上拔力,对此采取以下方法来抵抗这种上拔力:一是在锚块处设置拉压支座;二是在主桥和引桥的交接处设置牛腿,从而将引桥的重量压在主梁上。