某跨海大橋鋼箱梁及斜拉索的設(shè)計(jì)

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(xiàng)目概況

●公路等級(jí)：雙向六車(chē)道高速公路。

●計(jì)算行車(chē)速度：100km/h。

●載荷等級(jí)：公路-Ⅰ級(jí)、主橋人群載荷2.875KN/m2。

●主橋標(biāo)準(zhǔn)寬度：橋面寬度40.5m。

橋面寬度構(gòu)成為：1.2m（風(fēng)嘴） +1.5m（人行道） +1.05m（索區(qū)） +0.5m（防撞護(hù)欄） +3.0m（緊急停車(chē)帶） +3×3.75m（行車(chē)道） +（0.75m+2m+0.75m） （中間道） +3×3.75m（行車(chē)道） +3.0m（緊急停車(chē)帶） +0.5m（防撞護(hù)欄） +1.05m（索區(qū)） +1.5m（人行道） +1.2m（風(fēng)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(biāo)準(zhǔn)設(shè)防。

●設(shè)計(jì)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(fēng)參數(shù)：施工階段：重現(xiàn)期30 年，基本風(fēng)速為29.6m/s。

運(yùn)營(yíng)階段：重現(xiàn)期100 年，基本風(fēng)速為35.2m/s。

橋址區(qū)地表粗糙度系數(shù)α=0.12

●通航凈空：

表1 通航孔設(shè)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(cè)坡度分別為1.5%與-1.0%的豎（直） 曲線內(nèi)。

●高程系：采用1985 年國(guó)家高程基準(zhǔn)。

●坐標(biāo)系：采用1954 年北京坐標(biāo)系。

2 設(shè)計(jì)要點(diǎn)

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(jié)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(jiàn)圖1。

2.2 結(jié)構(gòu)體系

圖1 橋跨布置（單位cm）

主橋采用半飄浮體系，索塔處設(shè)置豎向球形支座和橫向限位支座，北邊跨內(nèi)設(shè)置2 個(gè)輔助墩，南邊跨設(shè)1 個(gè)輔助墩，輔助墩均設(shè)雙向活動(dòng)支座，南、北過(guò)渡墩均設(shè)單向（縱向） 活動(dòng)支座[1]；在索塔主梁連接處設(shè)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(fēng)荷載、汽車(chē)活載（包含制動(dòng)力） 作用時(shí)限制主梁和索塔的相對(duì)位移，從而減小索塔根部及基礎(chǔ)的彎矩，黏滯流體阻尼器則是在全橋承受地震作用的時(shí)候，通過(guò)改變結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性并消散地震能量，以此實(shí)現(xiàn)減震消能的目的[2]；南邊跨輔助墩及過(guò)渡墩設(shè)適當(dāng)配重。

3 鋼箱梁設(shè)計(jì)

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(fēng)嘴頂板全寬為40.5m，不含風(fēng)嘴頂板寬為34m，含風(fēng)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(biāo)準(zhǔn)橫斷面見(jiàn)圖2。

圖2 鋼箱梁標(biāo)準(zhǔn)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(zhǎng)774m。考慮受力需要在縱橋向?qū)⒘憾蝿澐譃锳、B1~B2、 C1~C3、D、E、F、G1~G2、 H 共12 種梁段類(lèi)型，共56 個(gè)梁段。其中A、 B1、B2 為塔區(qū)零號(hào)段梁段；C1~C3、G1~G2 為標(biāo)準(zhǔn)梁段；D 梁段為鋼混結(jié)合段連接梁段；F、H 為輔助墩和過(guò)渡墩頂梁段；E為跨中合龍梁段。

3.3 鋼箱梁構(gòu)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(nèi)增強(qiáng)至20mm 板厚，以利于斜拉索索力的擴(kuò)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(jù)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(jié)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(duì)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(shè)置兩道240×24mm 水平加勁肋。拉索錨固區(qū)再增設(shè)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(shè)支座處（除過(guò)渡墩）對(duì)應(yīng)的橫隔板位置處斷開(kāi)，并與橫隔板焊接，其他位置在橫隔板上開(kāi)孔穿過(guò)[3]。

3.3.4 橫隔板

根據(jù)受力、施工和構(gòu)造要求，橫隔板共分為9 種類(lèi)型。具體厚度及適用位置詳見(jiàn)表2。

表2 橫隔板一覽表

3.3.5 縱隔板

根據(jù)受力和構(gòu)造要求，縱隔板按照梁段共分為12 種類(lèi)型。具體厚度及適用位置詳見(jiàn)表3。

3.3.6 梁段臨時(shí)吊點(diǎn)臨時(shí)吊點(diǎn)是通過(guò)高強(qiáng)度螺栓將吊耳與橋面板連接。每個(gè)梁段共設(shè)4 對(duì)（8 個(gè)） 臨時(shí)吊點(diǎn)，橫橋向每對(duì)臨時(shí)吊點(diǎn)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(gòu)造

為確保在正常運(yùn)營(yíng)荷載下，過(guò)渡墩及輔助墩不出現(xiàn)上拔力，在橋墩附近鋼箱梁內(nèi)施加壓重。過(guò)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(jì)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(dá)到38kN/m3。

3.3.8 檢修道及風(fēng)嘴構(gòu)造

與主梁同時(shí)加工、架設(shè)，但不參與主梁受力，僅承受其自身重量、風(fēng)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(fēng)嘴采用10mm 厚鋼板+8mm 厚板式加勁。

4 斜拉索設(shè)計(jì)

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(zhǎng)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(jù)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(shè)計(jì)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(hù)套應(yīng)具有巧年以上的抗紫外線降解能力[5]。對(duì)于可以進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)的錨固構(gòu)件，其防腐系統(tǒng)的設(shè)計(jì)壽命不小于25 年。斜拉索兩端均采用冷鑄型錨具，其設(shè)計(jì)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(yīng)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(fēng)、雨激振和渦激振動(dòng)，本橋采用氣動(dòng)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(shù)指標(biāo)應(yīng)滿足GB/T 20878-2007 規(guī)定的要求。

配套的聚氨醋密封膠應(yīng)由專業(yè)廠家生產(chǎn)，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(shù)指標(biāo)應(yīng)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。