对桥梁工程稍有了解的人都知道，古代的（藤、绳、竹、铁）索桥呈明显挠曲的外观，桥面就直接铺设在索上。这样的桥极易晃荡，行人不便，更遑论行车了。能否采用现代材料和工程科技，重塑类似古代索桥样式的现代索桥呢？答案是肯定的。这样的桥梁，就是本文讨论的应力带桥/张力带桥/悬带桥。
在英文中，把这类桥梁称为Stressed ribbon bridge；按字面简译，就是应力带桥，意指对呈带状的桥梁结构施加了力（包括承重索的张力和对混凝土桥面板的预应力）。在德文中，把这类桥梁称为Spannbandbrücke（这是德国著名土木工程师乌尔里希·芬斯特瓦尔德早年创造的术语），按字面简译，就是张力带桥，意指把带状桥面板置于张紧的承重索上，桥面呈略微下垂态。在我国，湖南淘金大桥（见后）的设计师当年给自己设计的桥梁取名为“悬带桥”，大概意指带状结构呈悬索状。比较而言，英文及德文名称关注带状结构的受力，中文名称关注带状结构的外观。本文对这类桥梁的不同称呼不作区分。无需多言，应力带桥的概念非常古老，就是来源于古代索桥。古代中国人不仅最早开始建造索桥，也知道需要尽量把索绷紧（参见：亚东桥话44：关于桥头堡的那点事（中））。今天，这样的古桥，如我国的大渡河铁索桥、秘鲁的印加草绳桥等，仍在服务于社会。1960年，芬斯特瓦尔德提交了博斯普鲁斯海峡大桥的设计方案（图1）。他建议采用一条长1200m、厚30cm的预应力混凝土张力带结构。张力带由两个中心距408m的巨大桥墩支撑，桥墩两侧各有100m长的预应力混凝土悬臂梁，中间自由悬挂的带长超过200m，下垂1.45m，可满足90km/h的交通速度。可以想象，即便是今天，估计也难以采纳这种大胆超前的设计方案。
图1 芬斯特瓦尔德提出的博斯普鲁斯海峡大桥方案 1964 年，在瑞士的一座水泥厂内，采用张力带结构建造了一座跨度216 m传送带桥。到了第二年，雷内·沃尔特（René Walther）教授在瑞士施维茨州的福赖恩巴赫建成伯奇韦德（Birchweid）人行桥（图2）。该桥跨径40m，桥宽2.8m，垂度约0.4m，6股预应力筋/索布置在平均厚度只有15cm的桥面板内。它不仅是一座小巧精致的桥梁建筑，也是世界上第一座人行张拉带桥。
图2 瑞士伯奇韦德人行桥 凑巧的是，世界上第一座公路应力带桥，也是1965年建成的。这就是乌拉圭的莱昂内尔·维埃拉（Leonel Viera）桥（图3）。这是一座150m长的双车道公路桥，主跨90m，两边跨均为30m，桥宽10m，由建筑商莱昂内尔·维埃拉设计施工。这座桥开创了采用预制混凝土桥面板的应力带桥的典型施工顺序：先架设承重索，再放置桥面板，然后在桥面板上加载沙袋，随之浇筑桥面板之间的缝隙混凝土；最后卸除沙袋，借此对混凝土结构施加预应力。2005年，在原桥旁边又建了一座外观相同的桥。
图3 乌拉圭的莱昂内尔·维埃拉桥 图4 给出了应力带桥建造数量的不完全统计。可见，从1965年之后的30年内，世界上零星地建造了大约20座桥。千禧年前后出现过一个小高潮，近20年内建造数量明显增多。目前，世界上大约有70座桥，主要分布在德国、瑞士、日本、美国、捷克等国。
图4 应力带桥建造数量不完全统计 
不同年代建造的几座有特色的应力带桥见图5。图5a为德国弗莱堡的一座三跨人行桥，分跨25.50 30 30.45m，桥宽4m，建成于1970年，是德国的第一座张力带桥。图5b为1989年建成的西班牙阿尔马桑的一座人行桥。桥长173m，宽3.25m，混凝土板厚25 cm；分跨15 4×35 18m，布置有5个双V形桥墩。图5c为美国加州的萨克拉门托河步道桥（Sacramento River Trail Bridge）；该桥跨径127.4m。宽3.96m，1990年建成，是多数人行应力带桥采用的经典样式。由于无需设置桥墩，这类应力带桥对自然环境的干扰或影响最小。图5d为2001年竣工的英国肯特信使千禧桥（Kent Messenger Millennium Bridge）。桥长101.5m，由两条（河跨49.5m 边跨37.5m）呈25度夹角的、厚29cm的混凝土应力带组成，是世界上第一座在平面上呈折线状的应力带桥。
图5 几座应力带桥 一般而言，应力带桥是指由悬链线形状的带状桥面板形成的张力结构。它类似于传统索桥。索的两端需锚固在两岸，桥面板重量及交通荷载由悬索（通常为钢绞线）承担。但与传统索桥不同的是：为避免挠曲过大，悬索需要有合理张力；对混凝土桥面板，为增加结构刚度，需要对桥面板施加预应力。应力带桥所用材料，主要是混凝土与钢绞线。如图6所示，混凝土用于制作桥面板，通常采用分段预制，截面形式主要与钢绞线的布置有关。钢绞线通常分为承重筋/索和预应力筋，也可将两者合二为一（布置在钢管中并注浆防护）；钢绞线通常布置在板内，但也可布置在板外。承重筋/索在施工阶段用于支承预制混凝土板带，预应力筋用于给混凝土板带施加预应力。板内钢绞线由后浇混凝土防护或通过管道灌浆防护，板外钢绞线则由钢护套防护。图7所示为英国肯特信使千禧桥的截面布置示意，其混凝土板带是由充当底模的预制板及后浇混凝土组合而成的。
图6 应力带桥截面示意
图7 板带截面布置示意 个别应力带桥采用了钢板带与木桥面板或混凝土桥面板组合的形式。2013年建成的德国蒂申罗伊特市的马克斯·格莱斯纳人行桥（Max-Gleißner-Brücke，图8），桥长85m，分跨2×37.5m，桥宽3.5m。两条高强度钢带的宽厚尺寸均为500×25mm，借助支架焊接成条，并锚固于两岸桥台。
图8 德国马克斯·格莱斯纳桥 应力带桥可以是单跨或多跨。多跨结构可让桥面曲线平缓，减少下垂及桥面板中的弯曲应力。中间桥墩的形式多样，如直立或倾斜桥墩，V形或X形桥墩。无论采用哪种桥墩，对采用钢绞线的桥，需要在墩顶设置鞍座；对采用钢板带的桥，需要构造出一个上凸的弧线支撑（图8）。对多跨结构，也可采用拱结构支承的应力带桥（拱结构充当鞍座），其也可以看成是拱与应力带的组合。当条件允许时，通过受压撑杆把应力带端部与拱座连接起来，还可形成自锚式的应力带桥。2000年德国建成的博斯特尔桥（Börstel-Brücke，桥长96m，桥宽3.5m，拱跨～35m）、2007年捷克建成的横跨 D35 高速公路的一座人行天桥（桥长83m，桥宽4m，拱跨64m，自锚式）、2012年美国建成的菲利斯·J·蒂利纪念桥（Phyllis J. Tilley Memorial Bridge）等，就是采用拱 带的形式。蒂利桥全长112.17m，拱跨49.5m，桥宽3.7m；采用钢拱与应力带（钢板带 预制混凝土板）组合结构，构造出了轮廓优美、环境协调的桥梁景观（图9）。
图9 美国菲利斯·J·蒂利纪念桥 应力带桥的静力分析与施工过程相关。施工过程中结构为完全柔性的索，承受桥面板重量及温度作用；使用过程中结构为施加了预应力的板带，其既承受纵向压力也承受弯矩作用（图10）。分析可知，板在各支承处的荷载弯矩以及温度弯矩很大，需要通过构造措施减小这里的弯矩，典型的做法是在桥台或支墩处增设挑臂（图10）。另外，为保证应力带桥的安全性和适用性，需严格考察人群荷载、风荷载作用下结构的动力和稳定性能，必要时可增设阻尼装置。
图10 应力带桥的静力分析 常规应力带桥的施工顺序，主要包括下列步骤：（1）施工桥台，锚定桥台至基岩；（2）在两桥台间安装承重筋/索，并（分次）张拉；（3）将预制混凝土板件悬挂在承重筋上，然后沿着索长方向滑到既定位置；（4）通过搭接钢筋和现浇混凝土使桥面板形成连续带状结构；（5）张拉板中的预应力筋；（6）安装其他附属设施。不同的构造，施工步骤可能有所不同。图11给出了两座桥梁在第（3）步时的施工情景。
图11 应力带桥的施工 应力带桥的结构特点主要包括：（1）用料较省；（2）可借助承重筋/索施工，无需落地支架；（3）可省略伸缩缝和支座，维护工作量很小；（4）施工过程对环境的不利影响小；（5）需在两岸设置地锚，对地质条件有一定要求；（6）需要注重结构的整体刚度、动力和稳定性能以及力筋防锈。若想建造通行顺畅的公路应力带桥，那就得在应力带上设置竖向支撑并布置水平的行车道梁。1974年在哥斯达黎加建成的、由林同炎先生设计的拉斐尔·伊格莱西亚斯桥（Puente Rafael Iglesias，也叫科罗拉多河桥，图12），是世界上第一座此类桥梁。这是一座混凝土桥，桥长204 m，宽8.50 m，桥面分跨15 25 124 25 15 m。在124m长的区段内，两端8m长范围内布置鞍座，中间108m长范围内布置应力带，其上布置4个支撑车道梁的排架。承重索有4组 28 束，每束由 34根Φ7钢丝组成。主要的施工步骤见图13。
图12 哥斯达黎加科罗拉多河桥
图13 哥斯达黎加科罗拉多河桥施工步骤 接下来，日本在1977年建成速日峰桥（图14）。这座混凝土桥长54.48m，跨度48.6m，桥宽4.8m，垂跨比1/9.7。应力带的水平力由台后岩锚抵消，应力带上设置6排框架式排架，车道梁为纵向连续的I形梁。施工步骤包括：桥台及岩锚施工，承重索张拉，预制板构件架设，排架安装，车道梁架设，填封混凝土和预应力张拉，桥面铺装。
图14 日本速日峰桥 1989年初，在我国湖南建成淘金桥（图15）。这桥长74m，设计跨径70m，垂跨比1/9，桥面宽4.5m。上部结构由端锚梁、连续T梁、盖梁排架和主索悬带组成，外观及施工步骤与日本速日峰桥类似。不同的是，在施工阶段设置了临时的隧洞式岩锚，在完成主体结构施工后再放松地锚，将承重索的拉力转化为对结构本身的压力，形成了独特的“自锚上承式悬带桥”。对比前述的科罗拉多河桥和速日峰桥，淘金桥省略了永久性地锚，由此可减少材料用量，增加结构刚度，提高地质适应性。从外观和受力上，“自锚上承式悬带桥”如同结构倒置和受力反向的刚性系杆柔性拱桥，即：受压的拱对应受拉的悬带，受拉的吊杆对应受压的排架，受拉弯的系杆（梁）对应受压弯的车道梁。
图15 湖南淘金桥 2003年在日本岐阜县建成桥长91.63m的希望桥，2004 年在日本德岛县建成青云桥（图16），两桥的结构类同。青云桥长97.0m，跨度93.8m，桥宽5m。如同淘金桥，这桥也采用先临时地锚、后再放松地锚的方式施工，故取名为“自锚式 PC 组合桁架桥”，上部结构由上弦（混凝土车道梁）、下弦（混凝土应力带）和腹杆（钢管斜撑）组成。
图16日本青云桥 工程实践中，为了增加梁桥的承载能力，可在梁下布置构件对梁体进行加劲。这样的构件，可以由一根或多根钢撑杆和体外拉索构成，也可以是混凝土撑杆加曲线形预应力混凝土板带，还可以是钢撑杆与混凝土板带的组合。例如，1977年建成的德国巴特尚道易北河桥（Elbbrücke Bad Schandau），采用4跨预应力混凝土连续箱梁结构，分跨50 100 2×59m；为维持全桥梁高一致，对百米跨径的通航跨进行加劲，加劲构件由宽3.04 m、厚 0.6 m的抛物线形预应力混凝土板带以及间距10.5 m、厚0.25 m的混凝土撑板组成，见图17。
图17 德国巴特尚道易北河桥 可见，在公路应力带桥的发展中衍生出来的“自锚上承式悬带桥”或“自锚式 PC 组合桁架桥”，可以视为采用预应力混凝土板带对梁的加劲。其好处是：取消了永久性地锚，可节省材料；引入的应力带结构，可提升结构整体刚度；另外，即便是跨度百米左右的单跨结构，也无需借用支架施工。已建成的实例有限，可见公路应力带桥还未得到业界的普遍认同。1.捷克特洛伊桥（Trojská lávka） 该桥位于捷克布拉格，跨越伏尔塔瓦河，1984年建成（图18上）。桥梁全长261.2m，桥宽3.8m；分跨85.5 96 67.5m，各跨垂度分别为1.34、1.69和0.84m。混凝土板段长3m，平均板厚约24cm，悬挂在由两组共144根7丝钢绞线组成的承重索上。2002年，这座桥遭受洪水冲击受到一定损伤。2007年后发现混凝土板开裂，2014年检测到承重筋锈蚀，2016年评估该桥技术状况较差且无法修复，2017 年 12 月 2 日突然垮塌（图18下）。2020年新建一座钢梁人行桥。
图18 捷克特洛伊桥 2.美国霍奇斯湖桥（Lake Hodges Bridge） 霍奇斯湖人行及自行车桥位于加州圣地亚哥，是目前世界上最长的应力带状桥（图19）。该桥建成于2009年，全长301.75m，共分三跨，每跨长度100.58m，垂度1.41m。预制板段长3.048m，宽4.266m，最大板厚0.407m。承重筋/索和预应力筋均采用钢绞线，置于凹槽内。通过详细的结构分析和风洞试验，验证了桥梁抗震抗风的可靠性。
图19 美国霍奇斯湖桥 3.深圳光明步道应力带桥 这是中国的第一座应力带桥，由sbp施莱希·贝格曼工程设计咨询有限公司承担设计。该桥位于深圳光明小镇，长约100m，宽2.7m，跨越一个30m深的山谷（图20），2020年建成。该桥采用两跨体系，主跨65m，边跨25m，跨间设置一根斜撑。应力带为钢板 预制混凝土板的形式，钢板采用Q690高强度钢材（截面尺寸700×40mm），钢板带之上布置120mm厚的预制混凝土桥面板。由于场地的交通限制，该桥采用了支架法施工。先在落地支架上焊接钢板带，然后拆除支架实现对钢板带的张拉，接着安装预制混凝土板，最后安装桥梁附属设施。
图20 深圳光明步道应力带桥 应力带桥小众且有特点，构造形式多样，简洁但不简单，主要用于人行桥。从工程视角看，应力带桥可直接借助承重筋/索架设桥面板而无需支架，可在少影响环境的情况下建造，这尤其适于跨越山区或丘陵地区的河流或沟谷。从建筑视角看，应力带桥以易于景观协调的曲线为特征，略微挠曲的板带表达出含蓄的张力，外观给人带来简洁轻盈的美感。当需要建造具有一定特色和成本效益的人行桥时，应力带桥似可作为方案之一。（作者注：本文参考了诸多国内外文献资料，不一一列出，在此一并致谢！）
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