孫月明，梅勤華，何長江，徐海軍

(1.盛澤鎮(zhèn)建設(shè)管理服務(wù)所,江蘇蘇州 212500；2.吳江市盛澤城區(qū)投資發(fā)展有限公司,江蘇蘇州 215228;3.同濟(jì)大學(xué)建筑設(shè)計研究院 (集團(tuán))有限公司,上海市 200092）

0 引 言

一般認(rèn)為斜拉橋適宜的跨徑不應(yīng)小于200 m[1][2]，這主要是結(jié)構(gòu)受力和經(jīng)濟(jì)性方面的考慮。近年來，由于斜拉橋景觀造型要優(yōu)于常規(guī)梁橋，所以很多跨徑不足200 m的城市橋梁也采用了斜拉橋這種橋型。城市橋梁由于交通量較大造成橋面比一般公路橋梁寬許多。由于跨度不大（同時決定了索塔高度不高）而橋面很寬，跨度、高度和寬度空間比例不符合美學(xué)規(guī)則，如果設(shè)計時缺乏這方面的考慮，會造成橋梁建成后比例失衡，難以體現(xiàn)斜拉橋的景觀特點。

從索塔本身造型來看，除非刻意強(qiáng)調(diào)塔身的厚重感，現(xiàn)代斜拉橋設(shè)計總希望塔柱看起來更加挺拔，這就要求塔柱的截面尺寸相對于塔高應(yīng)足夠小，這對于大跨度斜拉橋來說很容易做到，但對于中小跨度的城市橋梁往往存在困難，因為索塔截面的尺寸是由張拉空間決定而非受力要求。

本文所介紹的斜拉橋在設(shè)計中對空間比例關(guān)系進(jìn)行了仔細(xì)考慮，對如何優(yōu)化索塔截面進(jìn)行了分析研究，并在索塔錨固方式上采用了一種近年來發(fā)展出來的新型結(jié)構(gòu)——外露式鋼錨箱組合錨固結(jié)構(gòu)。

1 總體設(shè)計和改善主橋空間比例的方法

蘇州市盛澤鎮(zhèn)舜湖西路跨京杭運河大橋是一座兩跨獨塔斜拉橋，跨徑布置91 m+123 m。作為一座連接新城區(qū)的市政道路上的橋梁，橋面寬度達(dá)到了38.1 m。在方案比選中，業(yè)主要求橋型采用斜拉橋以體現(xiàn)橋梁結(jié)構(gòu)的景觀效果，提升城市形象，但同時要求控制工程造價和方便施工，因此本橋沒有采用夸張的結(jié)構(gòu)設(shè)計，從經(jīng)濟(jì)性和適用性的角度確定橋梁建設(shè)規(guī)模和結(jié)構(gòu)形式。

根據(jù)地形、所跨越京杭運河的水文、通航等要求，確定主跨為L主=123 m，一孔跨越運河，這樣也可以避免出現(xiàn)水中墩。

為了提高索塔高度，采用了獨塔斜拉橋，通過受力分析反復(fù)比較主梁剛度，確定錨跨長度為91 m，兩跨的布置既也符合地形的要求，也更為經(jīng)濟(jì)[2]。

索塔高度由主跨跨徑?jīng)Q定，根據(jù)文獻(xiàn)[2]，索塔有效高度為46～52 m，根據(jù)文獻(xiàn)[1]，國內(nèi)已建斜拉橋橋塔有效高度中值在0.5 L主，對于本橋為61.5 m。本橋有效高度為58.6 m，比文獻(xiàn)[2]推薦值略大，主要考慮適當(dāng)提升索塔高度以體現(xiàn)標(biāo)志性。基于同樣的考慮，適當(dāng)加高塔冠高度，最終橋面以上索塔高度為63 m，橋梁立面布置見圖1。

圖1 橋梁立面布置圖（單位：m）

由于橋面很寬，橋梁橫向采用雙索面布置，從簡化構(gòu)造和方便施工角度考慮采用豎直索面，因此橋塔橫向可以考慮采用雙柱、門式和H形。但無論采用何種形式，都遇到同樣的問題，就是橋梁寬度和索塔高度在比例上難以符合美學(xué)基本規(guī)則[3]。因為常規(guī)的設(shè)計將塔柱布置于梁體外側(cè)，那么索塔橫向外邊緣距離將達(dá)到45 m，雖然已經(jīng)將索塔高度提升到63 m，但仍然會顯得“矮胖”。設(shè)計通過以下措施進(jìn)行改進(jìn)：

（1）在合理范圍內(nèi)適當(dāng)增加塔高；

（2）將塔柱移至橋面以內(nèi)，利用機(jī)非分隔帶（同時也是布索區(qū)）寬度設(shè)置塔柱，如此可以大幅減少兩根塔柱橫向間距，塔柱橫向外邊緣距離減少至30.5 m，使得整個索塔的高寬比符合美學(xué)規(guī)則；

（3）采用H形索塔，將上橫梁設(shè)置在塔柱“黃金分割點”附近，橫梁重心距離橋面39 m=63 m×0.618；

（4）整個塔柱外輪廓尺寸保持一致，讓塔柱看起來更加挺拔。

圖2顯示了橋面以上橫斷面透視效果。

2 索塔構(gòu)造和景觀設(shè)計

2.1 塔柱構(gòu)造設(shè)計

圖2 索塔橫向透視效果（單位：m）

雖然橋梁跨度不大，索距相對可以取較小值（本橋為6 m），但城市橋梁由于橋面寬，荷載較大，實際每根斜拉索分擔(dān)到的力并不小。本橋運營階段最不利工況下，標(biāo)準(zhǔn)組合下索力最大可達(dá)7 200 kN，近一半斜拉索索力超過4 200 kN。

索塔截面尺寸一般由兩方面因素確定：其一是截面必須滿足索塔整體受力的要求，這與橋梁的整體規(guī)模成正比，跨徑和橋?qū)捲酱?，受力要求越大，則截面尺寸越大；其二是截面尺寸必須滿足斜拉索張拉空間的要求，這與單根索力大小成正比。對于大跨度斜拉橋來說，一般由第一個因素控制截面設(shè)計，但對于類似于本橋的這種單根索力很大的中小跨度斜拉橋來說，截面尺寸是由第二個因素決定的。

由于單根索力較大，為滿足塔內(nèi)同時對稱張拉的要求，索塔內(nèi)部尺寸不能過小，再加上塔壁厚度，使得塔柱順橋向尺寸達(dá)到6 m以上，與塔柱的高度相比，就會加劇了塔柱視覺上的笨重感。為了解決這個問題，設(shè)計在索力較大的上塔柱采用了一種新型的錨固結(jié)構(gòu)——外露式鋼錨箱式組合錨固結(jié)構(gòu)。

鋼錨箱錨固結(jié)構(gòu)是20世紀(jì)90年代發(fā)展出的一種新的索塔錨固結(jié)構(gòu)，最早出現(xiàn)在日本和歐洲橋，國內(nèi)也在蘇通大橋、上海長江大橋等工程中應(yīng)用了這種結(jié)構(gòu)。由于受力方式的改變，使得這種結(jié)構(gòu)可以取消順橋向塔壁混凝土，將鋼結(jié)構(gòu)直接作為結(jié)構(gòu)表面，成為外露式鋼錨箱（見圖3），因此可以減小塔柱順橋向幾何尺寸至5 m以內(nèi)。

橫梁以下的中塔柱由于索力相對較小，為降低造價而采用混凝土塔壁錨固。塔柱截面采用五邊形，可以將塔壁外側(cè)5 m順橋向?qū)挾取胺指睢睘閮蓚€較小的面，并通過設(shè)置凹槽，在視覺上“誘導(dǎo)”強(qiáng)化塔柱豎向線條，體現(xiàn)塔柱的挺拔之感，見圖4。

圖3 外露式鋼錨箱構(gòu)造圖

圖4 通過分割截面和設(shè)置凹槽強(qiáng)化塔柱豎向線條

2.2 索塔配色和燈光設(shè)計

索塔是斜拉橋最能體現(xiàn)造型的結(jié)構(gòu)，除了注意空間比例協(xié)調(diào)之外，索塔的色彩、質(zhì)感以及燈光也是造型和景觀設(shè)計的重點。

按照“統(tǒng)一、均衡”[3]的原則，索塔混凝土結(jié)構(gòu)采用材料的原色和質(zhì)感，即不做任何處理或者在混凝土澆筑質(zhì)量不佳的情況下采用清水混凝土涂料粉飾。按照“重點配色”[3]的原則，對索體和外露式鋼錨箱進(jìn)行配色涂裝，采用深灰色，以體現(xiàn)橋梁大氣莊重的一面。

在夜景燈光設(shè)計方面，除了設(shè)置常規(guī)的拉索投射燈外，本橋的設(shè)計特色是在鋼錨箱和塔柱五邊形截面凹槽設(shè)置白色LED燈，可以實現(xiàn)索塔白天和夜晚完全不同的明暗對比效果：即白天淺色塔柱混凝土為明色調(diào)，深灰色鋼錨箱和斜拉索為暗色調(diào)；夜晚則正好相反，見圖5。

圖5 通過配色和燈光實現(xiàn)白天和夜晚完全不同的明暗對比

3 外露式鋼錨箱組合錨固結(jié)構(gòu)設(shè)計

本橋主梁、拉索、索塔等結(jié)構(gòu)設(shè)計較為常規(guī)，但索塔錨固形式采用了一種新結(jié)構(gòu)，即外露式鋼錨箱組合錨固結(jié)構(gòu)。鋼錨箱組合錨固結(jié)構(gòu)受力上的優(yōu)點是以鋼結(jié)構(gòu)承受大部分的水平力，以混凝土塔壁承擔(dān)豎向壓力，發(fā)揮材料各自的優(yōu)勢，此外，它還具有加工制造方便、質(zhì)量穩(wěn)定、錨箱上下聯(lián)通使錨固點定位準(zhǔn)確等施工方面的優(yōu)點。

本橋在索力較大的上塔柱采用該結(jié)構(gòu)（對應(yīng)9～18號拉索），見圖6，鋼錨箱通過橫向預(yù)應(yīng)力和焊釘連接件與塔壁緊密結(jié)合，見圖7。鋼錨箱總高19.69 m，順橋向長4.7 m，橫橋向?qū)?.2 m。共分10個節(jié)段，每一節(jié)段分別錨固一對斜拉索，節(jié)段高度從下至上分別為2.33 m（含預(yù)埋底座，預(yù)埋于塔柱中央橫隔之上）、8×1.8 m、2.96 m?；炷了谥许槝蛳蝾A(yù)應(yīng)力通過Φs15.24鋼絞線施加，橫橋向預(yù)應(yīng)力通過JL32精軋螺紋鋼施加。連接件采用φ25 mm×200 mm的圓柱頭焊釘，按每側(cè)6列布置于錨箱側(cè)板。鋼錨箱主要由側(cè)板、端板、橫隔板、錨墊板、支撐板、加勁板等部分組成。鋼錨箱側(cè)板厚35 mm，為使其受力明確，在側(cè)板上設(shè)置孔洞，孔間拉板高1.2 m；支承板和承壓板直接傳遞索力結(jié)構(gòu)，根據(jù)索力的大小，支承板和承壓板厚度采用40 mm；端板厚度為30 mm；錨下墊板厚度采用80 mm。

4 結(jié)論

（1）通過分析空間比例關(guān)系，并根據(jù)橋梁特點采用一些方法可以使得在中小跨度斜拉橋中容易出現(xiàn)的比例失衡問題得到很大程度的改善，從而讓橋梁造型符合美學(xué)基本規(guī)則。

圖6 錨固結(jié)構(gòu)立面圖

圖7 組合索塔錨固區(qū)平面構(gòu)造（單位：mm）

（2）外露式組合索塔錨固結(jié)構(gòu)不僅具有受力和施工方面的優(yōu)點，由于其內(nèi)部操作空間較大，因而可以降低索塔的截面尺寸，為中小跨度斜拉橋設(shè)計提供了一個較好的結(jié)構(gòu)方案。

[1]嚴(yán)國敏.現(xiàn)代斜拉橋[M].四川成都:西南交通大學(xué)出版社,1996.

[2]王伯惠.斜拉橋結(jié)構(gòu)發(fā)展和中國經(jīng)驗[M].北京:人民交通出版社,2003.

[3]陳艾榮,盛勇,錢峰.橋梁造型[M].北京:人民交通出版社,2005.

[4]張喜剛,劉玉擎.組合索塔錨固結(jié)構(gòu)[M].北京:人民交通出版社,2010.