柳 杰，高恩全，楊成峰

（1.舟山市交通運(yùn)輸局，浙江舟山 316021；2.浙江省交通規(guī)劃設(shè)計研究院，浙江杭州 310006）

1 項目背景及工程概況

舟山市富翅門大橋工程起點位于甬舟高速富翅互通，設(shè)定向匝道接甬舟高速，路線起點樁號K0+000，改造富翅互通后，削東側(cè)山體設(shè)富翅互通收費(fèi)站，設(shè)特大橋跨越富翅門水道，終于岑港鎮(zhèn)漲次村南側(cè)，終點處設(shè)岑港互通與北向疏港公路和擬建329 國道舟山段改建工程相接，終點樁號K1+940，路線全長1.94 km。

本項目的實施，對充分發(fā)揮甬舟高速功能，實現(xiàn)甬舟高速與329 國道以及北向疏港公路的快速高效連接，促進(jìn)舟山市中、北部地區(qū)尤其是北部沿海地區(qū)海洋經(jīng)濟(jì)的的快速發(fā)展意義重大。

2 工程設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)

（1）公路等級：一級公路。

（2）設(shè)計荷載：公路—Ⅰ級。

（3）設(shè)計速度：80 km/h。

（4）梁寬度：主橋26 m，引橋2×11.75 m。

（5）設(shè)計洪水頻率：特大橋1/300，大中橋、小橋、涵洞及路基1/100。

（6）地震：地震動峰值加速度為 0 .1 g（10%，50 a），抗震烈度7 度。

（7）通航水位：最高通航水位+3.15 m，最低通航水位-1.96 m（國家85 高程系統(tǒng)）。

（8）通航凈空見表1。

（9）設(shè)計基本風(fēng)速：設(shè)計風(fēng)速按規(guī)范取值，V10=40.5 m/s。

其它技術(shù)指標(biāo)：均按現(xiàn)行公路及橋梁設(shè)計規(guī)范、規(guī)程、標(biāo)準(zhǔn)、定額執(zhí)行。

表1 橋梁通航凈空尺度表

3 設(shè)計原則

（1）堅持橋梁建設(shè)與地方城市規(guī)劃發(fā)展相協(xié)調(diào)，滿足當(dāng)?shù)卣?guī)劃發(fā)展的建設(shè)需求。

（2）在借鑒世界上大型橋梁工程的建橋?qū)嵗俺蓴〗?jīng)驗的基礎(chǔ)上，充分吸取建橋新理論、新材料、新工藝和先進(jìn)經(jīng)驗，全面貫徹“安全、適用、經(jīng)濟(jì)、美觀”[1]的技術(shù)方針，并充分體現(xiàn)“以人為本”的科學(xué)發(fā)展觀。

在各種荷載作用下，橋梁結(jié)構(gòu)絕對安全（可靠及安全性）；滿足近期和遠(yuǎn)期的交通量（適用性）；節(jié)省工程投資（經(jīng)濟(jì)性）；耐久且美觀。

（3）在滿足橋梁使用功能和橋下通航要求的前提下，實現(xiàn)資源整合利用、功能多樣、完善的目的，以節(jié)約海域資源，不破壞或少破壞稀缺航道和碼頭為目標(biāo)，最大限度地減少施工對海域的影響。

4 技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較

（1）方案一，雙塔結(jié)合梁斜拉橋為單索面斜拉橋，跨徑布置為57 m+108 m+340 m+108 m+57 m=670 m，采用漂浮體系。邊中跨比為0.485，邊跨設(shè)置一個輔助墩，輔助墩距邊墩的距離與邊跨之比為0.345。主塔高為120 m，橋面以上塔高約為98 m。斜拉索采用中央索面布置，索面間距為2.0 m，梁上標(biāo)準(zhǔn)索間距為8.0 m。

鋼－混凝土結(jié)合主梁采用單箱三室箱形截面，標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段主梁頂板寬26 m，底板寬14.76 m，中心線處梁高3.5 m，頂面設(shè)置2.0%雙向橫坡。主梁由鋼主梁和混凝土橋面板兩部分組成，見圖1。

圖1 方案一主梁一般斷面圖（單位：mm）

（2）方案二，雙塔混泥土梁斜拉橋為單索面斜拉橋，跨徑布置為58 m+107 m+340 m+107 m+58 m=670 m，采用漂浮體系。邊中跨比為0.485，邊跨設(shè)置一個輔助墩，輔助墩距邊墩的距離與邊跨之比為0.351。主塔高為120 m，橋面以上塔高約為98 m。斜拉索采用中央索面布置，索面間距為2.0 m，梁上標(biāo)準(zhǔn)索間距為7.0 m，邊跨尾索區(qū)段索間距為6.5 m。

主梁為單箱三室倒梯形截面，三向預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，中心梁高3.5 m。主梁由頂板、底板、斜腹板、豎腹板、懸臂板及橫隔板組成，標(biāo)準(zhǔn)斷面頂板厚27 cm，底板厚35 cm，豎腹板厚度34 cm，斜腹板厚度25 cm，懸臂板根部厚50 cm，端部厚20 cm，懸臂長350 cm，見圖2。

圖2 方案二主梁一般斷面圖（單位：cm）

（3）方案三，獨塔鋼箱梁斜拉橋方案跨徑布置為72 m+168 m+340 m=580 m，采用固定支承體系，主塔處設(shè)置固定支座+縱向約束裝置以及橫向抗風(fēng)支座，輔助墩及過渡墩處均設(shè)置豎向支座。邊主跨比為0.706，橋面以上塔高為130 m，高跨比為0.382。斜拉索采用空間雙索面布置，標(biāo)準(zhǔn)索間距為16.0 m，邊跨靠近尾索區(qū)索間距為7.5 m。

鋼箱梁全寬29 m，頂面寬27 m，橋面設(shè)2%的雙向橫坡，兩側(cè)配有風(fēng)嘴，橋梁中線處梁高3 m，為流線型閉合式箱形截面，見圖3。

圖3 方案三主梁一般斷面圖（單位：m）

擬定的三種橋型方案均滿足主航道的通航要求，具有結(jié)構(gòu)新穎，技術(shù)先進(jìn)，施工工藝成熟，安全可靠的特點，均采用現(xiàn)代化的施工技術(shù)，是能適應(yīng)橋位環(huán)境的橋型方案。在對雙塔結(jié)合梁斜拉橋、雙塔混凝土梁斜拉橋和獨塔鋼箱梁斜拉橋三種方案進(jìn)行同等深度分析、研究的基礎(chǔ)上，綜合比較見表2。

經(jīng)綜合比較，方案一雙塔結(jié)合梁斜拉橋具有景觀效果好、施工風(fēng)險低、施工工期短和結(jié)構(gòu)耐久性好等優(yōu)點，主橋推薦采用方案一：57 m+108 m+340 m+108 m+57 m 雙塔結(jié)合梁斜拉橋。

5 構(gòu)造設(shè)計

（1）主梁

鋼－混凝土結(jié)合主梁采用單箱三室箱形截面，標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段主梁頂板寬26 m，底板寬14.76 m，中心線處梁高3.5 m，頂面設(shè)置2.0%雙向橫坡。主梁由鋼主梁和混凝土橋面板兩部分組成，見圖4。

鋼主梁中心線處梁高2.95 m，底板寬14.76 m，頂板全寬18.8 m，由斜腹板、縱隔板、底板組成開放式單箱三室結(jié)構(gòu)。斜腹板厚度為20 mm，縱隔板厚度為24 mm，底板厚為16 mm。

鋼主梁設(shè)置橫隔板，標(biāo)準(zhǔn)間距為4 m，厚為16 mm，橫隔板中間開孔并用H 型鋼連接形成支撐結(jié)構(gòu)。主梁鋼材均采用Q345qD。

混凝土橋面板兩側(cè)懸臂長度各為4 m，懸臂板端部厚度為20 cm，邊腹板頂80 cm 寬和中箱直腹板360 cm 寬的厚度為55cm，邊箱跨中頂板厚度為28 cm，長度380 cm，兩邊板厚變化段長度150 cm。在鋼主梁橫隔板處橋面板的厚度均增至55 cm，以方便鋼主梁和混凝土橋面板的連接。橋面板均采用C60 混凝土，相鄰節(jié)段間混凝土橋面板現(xiàn)澆接縫采用C60 微膨脹混凝土，見圖5。

橋面板通過剪力釘與鋼主梁、橫隔板頂板進(jìn)行連接。剪力釘采用Ф22 mm 圓頭焊釘，高度200 mm。根據(jù)不同的受力需要，剪力釘布置采用150～300 mm的間距。

（2）主塔

主塔采用倒Y 鉆石形鋼筋 混凝土結(jié)構(gòu)。上塔

柱采用單箱雙室矩形截面，高度49.9 m，外輪廓尺寸為700 cm×700 cm，順橋向壁厚為120 cm，橫橋向壁厚為80 cm，內(nèi)壁壁厚為70 cm。中塔柱采用單箱單室矩形截面，高度50.1 m，外輪廓尺寸為700 cm×400 cm，順橋向壁厚為120 cm，橫橋向壁厚為80 cm。下塔柱采用單箱單室矩形截面，高度20 m，順橋向?qū)挾葹?00 cm，橫橋向?qū)挾?00～650 cm，縱橫向壁厚均為120 cm。主塔采用C50 海工混凝土。

表2 方案綜合比較表

圖4 雙塔結(jié)合梁斜拉橋橋型圖（單位：m）

圖5 混凝土橋面板構(gòu)造圖（單位：m）

（3）基礎(chǔ)

主塔承臺采用尖圓形，以利水流并減少基礎(chǔ)所受的波流力，同時有利于抵抗船舶撞擊。縱橋向?qū)?1.4 m，橫橋向43.8 m，厚度為6.5 m，承臺底設(shè)2 m 厚的封底混凝土；承臺下布置30 根直徑為2.5 m的鉆孔灌注樁，按嵌巖樁設(shè)計，以中風(fēng)化含角礫凝灰?guī)r為樁端持力層。承臺采用C40 海工混凝土，樁基采用水下C35 海工混凝土。

6 力學(xué)性能分析

（1）靜力分析

主橋靜力計算采用結(jié)構(gòu)計算軟件MIDAS/Civil 2006（以下簡稱MIDAS）建立空間有限元模型。主梁、橋塔采用空間梁單元模擬；斜拉索采用空間桿單元模擬。有限元計算模型的總體坐標(biāo)系以順橋向為X 軸，以橫橋向為Y 軸，以豎向為Z 軸。計算所采用的有限元模型見圖6。

圖6 結(jié)構(gòu)離散圖

整體計算采用的約束形式如下：輔助墩、邊墩處主梁豎向、側(cè)向約束；主塔處主梁豎向、側(cè)向約束；主塔墩底部固結(jié)。

在最不利組合作用下，鋼梁最大拉應(yīng)力為72 MPa，最大壓應(yīng)力為-161 MPa，滿足規(guī)范要求?；炷翗蛎姘逶跇?biāo)準(zhǔn)值最不利組合作用下，最大壓應(yīng)力-6.8 MPa，在短期最不利組合作用下，最大拉應(yīng)力1.5 MPa，滿足規(guī)范要求。

最不利組合下斜拉索最大索力5 217 kN，最大應(yīng)力634 MPa，各斜拉索安全系數(shù)均大于2.5，滿足規(guī)范要求。汽車活載作用下斜拉索應(yīng)力幅見圖7，應(yīng)力幅最大值為105 MPa，各斜拉索應(yīng)力幅均小于200 MPa，滿足規(guī)范要求。

圖7 最不利組合斜拉索索力圖（單位：kN）

（2）動力性能分析

動力特性計算結(jié)果見表3。

表3 成橋階段結(jié)構(gòu)自振模態(tài)表

與主梁相關(guān)的主要振型見圖8、圖9。

圖8 成橋狀態(tài)一階豎彎振型圖（頻率：0.392 4 Hz）

圖9 成橋狀態(tài)一階扭轉(zhuǎn)振型圖（頻率：0.645 5 Hz）

7 結(jié)語

本文以富翅門大橋為工程背景，先通過對雙塔結(jié)合梁斜拉橋、雙塔混凝土梁斜拉橋及獨塔鋼箱梁斜拉橋的對比分析、研究，確定雙塔結(jié)合梁斜拉橋為推薦方案。然后對雙塔結(jié)合梁斜拉橋的力學(xué)性能進(jìn)行分析，從中可以得出以下幾點結(jié)論：

（1）針對大橋所在的周邊條件，提出了雙塔結(jié)合梁斜拉橋、雙塔混凝土梁斜拉橋及獨塔鋼箱梁斜拉橋三個橋梁方案。通過對這三種橋型在國內(nèi)外的成功案例分析及對這三種橋型技術(shù)經(jīng)濟(jì)綜合比較，最終確定雙塔結(jié)合梁斜拉橋為推薦方案。

（2）通過對雙塔結(jié)合梁斜拉橋的計算，表明主梁、主塔及斜拉索在施工和運(yùn)營階段應(yīng)力均滿足相關(guān)規(guī)范要求，受力狀況良好。

[1] 范立礎(chǔ).橋梁工程[M].北京:人民交通出版社,2002.

[2] 范立礎(chǔ).預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋[M].北京:人民交通出版社,1999.

[3] JTG D60-2004,公路橋梁設(shè)計通用規(guī)范[S].

[4] JTG D62-2004,公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范[S].