某跨海大橋鋼箱梁及斜拉索的設計

楊俊生 陳 俊

（南通振華重型裝備制造有限公司，江蘇 南通 226000）

1 項目概況

●公路等級：雙向六車道高速公路。

●計算行車速度：100km/h。

●載荷等級：公路-Ⅰ級、主橋人群載荷2.875KN/m2。

●主橋標準寬度：橋面寬度40.5m。

橋面寬度構成為：1.2m（風嘴） +1.5m（人行道） +1.05m（索區(qū)） +0.5m（防撞護欄） +3.0m（緊急停車帶） +3×3.75m（行車道） +（0.75m+2m+0.75m） （中間道） +3×3.75m（行車道） +3.0m（緊急停車帶） +0.5m（防撞護欄） +1.05m（索區(qū)） +1.5m（人行道） +1.2m（風嘴） =40.5m。

●橋面坡度：2.5%

●地震基本烈度為Ⅵ度，主橋采用100 年100%和100年3%兩階段標準設防。

●設計水位：300 年一遇高潮位4.69m。

●最高通航水位4.6m，最低通航水位-3.27m。

●風參數：施工階段：重現期30 年，基本風速為29.6m/s。

運營階段：重現期100 年，基本風速為35.2m/s。

橋址區(qū)地表粗糙度系數α=0.12

●通航凈空：

表1 通航孔設置及凈空尺度

●橋梁縱坡：主橋縱斷面位于豎曲線半徑R=18000m兩側坡度分別為1.5%與-1.0%的豎（直） 曲線內。

●高程系：采用1985 年國家高程基準。

●坐標系：采用1954 年北京坐標系。

2 設計要點

2.1 橋跨布置

主跨采用鋼箱梁，跨徑535m；北邊跨采用混凝土箱梁，跨徑168m，邊中跨比為0.314，其中主跨鋼箱梁與混凝土箱梁結合面距索塔中心線12.5m；南邊跨采用鋼箱梁，跨徑258m，邊中跨比為0.482，主橋跨徑布置為(49+58+61) +535+ (198+60) =961 m，橋型布置見圖1。

2.2 結構體系

圖1 橋跨布置（單位cm）

主橋采用半飄浮體系，索塔處設置豎向球形支座和橫向限位支座，北邊跨內設置2 個輔助墩，南邊跨設1 個輔助墩，輔助墩均設雙向活動支座，南、北過渡墩均設單向（縱向） 活動支座[1]；在索塔主梁連接處設置縱向限位擋塊和黏滯流體阻尼器，縱向限位擋塊主要是在全橋承受縱向風荷載、汽車活載（包含制動力） 作用時限制主梁和索塔的相對位移，從而減小索塔根部及基礎的彎矩，黏滯流體阻尼器則是在全橋承受地震作用的時候，通過改變結構的動力特性并消散地震能量，以此實現減震消能的目的[2]；南邊跨輔助墩及過渡墩設適當配重。

3 鋼箱梁設計

3.1 鋼箱梁斷面

所選定的鋼箱梁采用封閉扁平流線形鋼箱梁，主要輪廓尺寸為：鋼箱梁含風嘴頂板全寬為40.5m，不含風嘴頂板寬為34m，含風嘴底板寬為8.85+22.8+8.85=40.5m，中心線處梁高3.204m（為鋼箱梁主梁橋梁中心線處鋼箱梁頂板底緣到鋼箱梁底板頂緣的高度）。鋼箱梁標準橫斷面見圖2。

圖2 鋼箱梁標準橫斷面（單位：mm）

3.2 鋼箱梁梁段劃分

中跨與南邊跨采用鋼箱梁，全長774m。考慮受力需要在縱橋向將梁段劃分為A、B1~B2、 C1~C3、D、E、F、G1~G2、 H 共12 種梁段類型，共56 個梁段。其中A、 B1、B2 為塔區(qū)零號段梁段；C1~C3、G1~G2 為標準梁段；D 梁段為鋼混結合段連接梁段；F、H 為輔助墩和過渡墩頂梁段；E為跨中合龍梁段。

3.3 鋼箱梁構造

3.3.1 頂板及其加勁肋

頂板在縱橋向均采用16mm 板厚，橫橋向靠近外腹板的錨固區(qū)2880mm 范圍內增強至20mm 板厚，以利于斜拉索索力的擴散。

3.3.2 底板及其加勁肋

底板包括水平底板和斜底板兩部分。根據受力需要，水平和斜底板在順橋向按照梁段分別采用了12mm～20mm 四種板厚，其中結合段附近的D 梁段、塔區(qū)A 梁段及B1 梁段板厚為20mm， B2、C1 及墩頂壓重區(qū)F、G1、H 梁段板厚為16mm， C2 梁段板厚為14mm，其余梁段板厚均為12mm，底板順橋向不同板厚相接保證底板頂緣對齊。

3.3.3 外腹板及其加勁肋

外腹板厚度均為30mm。為保證其具有足夠的抗壓屈能力，設置兩道240×24mm 水平加勁肋。拉索錨固區(qū)再增設兩道200×20mm 水平加勁肋，以增大外腹板剛度。

外腹板縱向加勁肋在拉索錨固及設支座處（除過渡墩）對應的橫隔板位置處斷開，并與橫隔板焊接，其他位置在橫隔板上開孔穿過[3]。

3.3.4 橫隔板

根據受力、施工和構造要求，橫隔板共分為9 種類型。具體厚度及適用位置詳見表2。

表2 橫隔板一覽表

3.3.5 縱隔板

根據受力和構造要求，縱隔板按照梁段共分為12 種類型。具體厚度及適用位置詳見表3。

3.3.6 梁段臨時吊點臨時吊點是通過高強度螺栓將吊耳與橋面板連接。每個梁段共設4 對（8 個） 臨時吊點，橫橋向每對臨時吊點的中心與主梁中心線的距離為7.6m。

表3 縱隔板一覽表

3.3.7 壓重構造

為確保在正常運營荷載下，過渡墩及輔助墩不出現上拔力，在橋墩附近鋼箱梁內施加壓重。過渡墩、輔助墩墩頂壓重區(qū)域分布分別約為40t/m、65t/m，全橋共計混凝土壓重材料472.9m/m3。壓重采用底板焊接鋼槽澆注重混凝土方式，混凝土容重要求達到38kN/m3。

3.3.8 檢修道及風嘴構造

與主梁同時加工、架設，但不參與主梁受力，僅承受其自身重量、風荷載及人群荷載[4]。檢修道板采用12mm 厚鋼板+10mm 厚板式加勁。風嘴采用10mm 厚鋼板+8mm 厚板式加勁。

4 斜拉索設計

4.1 斜拉索規(guī)格

采用1860MPa 鋅鋁合金鍍層平行鋼絲斜拉索，全橋共4×17×2=136 根斜拉索，最長289.293 m，最大規(guī)格為Zn-5%AL-PES7-253，單根最大重量為21.521 t。根據索力的不同分別采用Zn-5%AL-PES7-109、Zn-5%AL-PES7-121、Zn-5%AL-PES7-139、Zn-5%AL-PES7-167、Zn-5%AL-PES7-187、Zn-5%AL-PES7-199、Zn-5%AL-PES7-211、Zn-5%AL-PES7-241， Zn-5%AL-PES7-253 九種規(guī)格。

4.2 斜拉索設計壽命

成品斜拉索要求使用壽命不小于50 年，并具有可換性。拉索外層高密度有色聚乙烯護套應具有巧年以上的抗紫外線降解能力[5]。對于可以進行現場維護的錨固構件，其防腐系統(tǒng)的設計壽命不小于25 年。斜拉索兩端均采用冷鑄型錨具，其設計壽命與斜拉索一致，為不小50 年;錨具外表面防腐體系的防腐年限應大于25 年。斜拉索均在塔端張拉。

4.3 斜拉索減震措施

為抑制拉索的風、雨激振和渦激振動，本橋采用氣動措施、阻尼器并用的綜合減振方案。

4.4 斜拉索橋面防水罩

斜拉索橋面防水罩采用316L 不銹鋼板，技術指標應滿足GB/T 20878-2007 規(guī)定的要求。

配套的聚氨醋密封膠應由專業(yè)廠家生產，并確防水罩安裝后的密水性良好。

4.5 斜拉索橋面密封罩

斜拉索橋面密封罩采用20 鋼，技術指標應滿足GB/T 699-2015 規(guī)定的要求。密封罩表面采用熱鍍鋅處理，鋅層厚度不小于90μm。