王茲剛

（廣東省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院股份有限公司）

通明海特大橋主橋設(shè)計(jì)與分析

王茲剛

（廣東省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院股份有限公司）

通明海特大橋主橋采用雙塔雙索面組合梁斜拉橋結(jié)構(gòu)形式，跨徑布置為（146+338+146）m。本文對該橋設(shè)計(jì)、計(jì)算分析進(jìn)行了介紹。

通明海；雙塔雙索面；組合梁；斜拉橋；設(shè)計(jì)

1　工程概述

通明海特大橋是位于湛江東海島至雷州高速公路主線上的特大型橋梁，跨越通明海域。橋梁全長5755m，跨徑布置為23×25m+11×50m+（146+338+146）m+71× 50m+18×25m，引橋由25m跨的先簡支后橋面連續(xù)預(yù)制小箱梁和50m跨的現(xiàn)澆連續(xù)箱梁組成，主橋采用雙塔雙索面組合梁斜拉橋結(jié)構(gòu)形式。

2　技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

⑴公路等級：高速公路；

⑵行車道數(shù)：雙向6車道；

⑶行車速度：100km/h；

⑷汽車荷載標(biāo)準(zhǔn)：公路-Ⅰ級；

⑸橋?qū)挘赫w式路基33.5m，橋梁與路基同寬；

⑹地震烈度：設(shè)計(jì)基本地震加速度為0.1g，基本烈度Ⅶ度；

⑺橋址處設(shè)計(jì)風(fēng)速：54m/s；

⑻設(shè)計(jì)洪水頻率：1/300；

⑼通航標(biāo)準(zhǔn)：3000t海輪，雙孔單向通航，270× 28m。

3　結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1總體布置

通明海特大橋初步設(shè)計(jì)階段，針對主橋提出了雙索面組合梁斜拉橋和單索面組合梁斜拉橋兩種方案進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較。單索面造型美觀，行車舒適度高于雙索面；然而其抗風(fēng)穩(wěn)定性不如雙索面，而橋址處基本風(fēng)速達(dá)到54m/s，抗風(fēng)設(shè)計(jì)要求較高。因此，本橋主橋最終選取了雙索面組合梁斜拉橋結(jié)構(gòu)形式。

通明海特大橋主橋跨徑布置為146m+338m+146m，結(jié)構(gòu)體系采用半漂浮體系。塔梁間及過渡墩處分別各設(shè)置2個單向支座，橫向約束，縱向可自由活動。

橋梁結(jié)構(gòu)布置如圖1所示。

圖1　橋型布置圖（單位：cm）

主塔上拉索間距為2m；主梁上拉索間距標(biāo)準(zhǔn)梁段為10.5m，邊跨尾索區(qū)為5.8m。邊跨距梁端33m范圍內(nèi)配置不同重量的壓重以平衡邊、中跨結(jié)構(gòu)重力。

3.2主梁設(shè)計(jì)

主梁采用鋼-混凝土組合梁，為改善主梁抗風(fēng)穩(wěn)定穩(wěn)定性而設(shè)置了風(fēng)嘴。主梁主要輪廓尺寸為：含風(fēng)嘴全寬約 38.5m，不含風(fēng)嘴頂板寬 36m，底板寬為（5.52+3.45+3.45+5.52）m，中心線處高度3.2m（不含鋪裝）。

鋼梁主要構(gòu)造如下：

⑴上翼緣板

上翼緣板包括外腹板上翼緣板、中腹板上翼緣和橫隔板上翼緣板。其中外腹板上翼緣寬為600mm；中腹板上翼緣寬為800mm；橫隔板上翼緣順橋向?qū)挾葹?00mm；厚度全部采用24mm。

⑵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，水平及斜底板在順橋向不同區(qū)段采用了18mm、22mm、24mm、28mm四種不同的鋼板厚度。

底板采用U型加勁肋加勁，基本間距800mm。加勁肋厚度6～8mm。

⑶外腹板及其加勁肋

外腹板厚均為32mm。為保證其具有足夠的抗壓屈能力，設(shè)置了兩道200×20mm水平板式加勁肋。

⑷中腹板及其加勁肋

中腹板厚為18mm，在過渡墩、索塔附近加厚至22mm、28mm。為保證其具有足夠的抗壓屈能力，設(shè)置了5道200×14mm水平板式加勁肋。

⑸橫隔板

橫隔板標(biāo)準(zhǔn)間距為3.5m，保證鋼箱梁具有足夠的橫向剛度、抗扭剛度，保證施工期間橋面吊機(jī)及運(yùn)營荷載產(chǎn)生的局部變形及應(yīng)力要求。非拉索處橫隔板厚12mm，拉索吊點(diǎn)處厚16mm，支座處橫隔板厚28mm。

關(guān)于陸九淵的學(xué)術(shù)思想演變，學(xué)界研究得不多?，F(xiàn)代學(xué)者大多贊同李紱之觀點(diǎn)，以為象山學(xué)始終一貫，早中晚期無多大的學(xué)術(shù)思想轉(zhuǎn)變。①或如程敏政、黃宗羲等泛談早晚，實(shí)則以此會同朱陸，乃至以陸附朱，并無對陸九淵早中晚之學(xué)術(shù)思想演變有完整翔實(shí)客觀之分析。②其實(shí)陸九淵自有早中晚之思想與際遇，其學(xué)亦隨之有早中晚之演變：蓋三十歲前為萌芽期，三十歲至四十九歲為成熟期，五十歲及其以后為發(fā)展期，早中晚三期的學(xué)術(shù)思想有較大的變化。茲做一番象山學(xué)演變之考究，不僅能夠還原一代哲人學(xué)術(shù)思想之演變歷程，且能還原象山學(xué)之客觀真相，或能修正象山學(xué)界之研究。

混凝土橋面板厚度28cm，與鋼梁連接處為40cm厚，為滿足受力需要，混凝土橋面板設(shè)置縱向預(yù)應(yīng)力。

主梁橫斷面如圖2所示。

圖2　主梁橫斷面（單位：cm）

主梁標(biāo)準(zhǔn)階段長度10.5m，邊跨尾索區(qū)節(jié)段長度為5.8m。施工采用整體吊裝，即鋼梁和混凝土板完成疊合后運(yùn)至橋位處整體吊裝。其中，橋面吊機(jī)吊裝最大吊裝重量約為480t，浮吊吊裝最大起吊重量約536t。

梁上拉索錨固形式采用錨拉板錨固形式。

3.3主塔設(shè)計(jì)

索塔采用鉆石形，分為塔座、下塔柱、下橫梁、中塔柱、上橫梁、上塔柱及塔冠五個部分。索塔總高121.338m；其中中上塔柱高95.6m，下塔柱高25.738m。索塔在橋面以上高度為87.992m，高跨比為0.358。

塔柱采用空心箱形斷面，上塔柱錨固區(qū)塔壁厚度為橫橋向0.80m、順橋向?yàn)?.20m；中塔柱非錨固區(qū)壁厚為橫橋向有0.8及1.1m兩種，順橋向1.2m；下塔柱塔壁厚為橫橋向1.0m，順橋向1.2m。

中、上塔柱截面順橋向?qū)挾葹?.5m，橫橋向?qū)挾葹?.8m。下塔柱截面順橋向?qū)挾扔?.5m漸變到9m，橫橋向?qū)挾扔?.04m漸變到8m。

主塔結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3　主塔結(jié)構(gòu)圖（單位：cm）

塔上拉索錨固采用環(huán)向預(yù)應(yīng)力錨固形式。

3.4拉索設(shè)計(jì)

通明海特大橋主橋斜拉索采用強(qiáng)度為1770MPa的平行鋼絲，全橋共8×15=120根斜拉索，最長約179m，最大規(guī)格為PES7-313，單根最大重量約為17.4t。

為使拉索的風(fēng)雨激振和渦激振動得到抑制，本橋采用阻尼器、氣動措施并用的綜合減振方案。

圖4　約束體系圖（單位：cm）

3.5約束體系

由于本橋跨越通明海域，采用高樁承臺基礎(chǔ)，考慮沖刷后自由樁長較長；同時，橋址位于Ⅶ度區(qū)，場地特征周期較長，重現(xiàn)期2000年時特征周期達(dá)到1.1s，這些都給橋梁結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)帶來巨大的挑戰(zhàn)。設(shè)計(jì)階段對縱、橫向分別采取不同的抗震方案進(jìn)行對比?？v向?qū)o裝置、粘滯阻尼裝置、鋼阻尼裝置進(jìn)行了對比，橫向?qū)φ硿枘嵫b置、鋼阻尼裝置、雙曲面減隔震支座裝置進(jìn)行了對比。最終采用了縱向粘滯阻尼、橫向鋼阻尼的減隔震方案?？v向采用粘滯阻尼不僅降低了結(jié)構(gòu)縱向地震力，而且有效降低主梁縱向地震位移和支座的縱向變形；橫向采用鋼阻尼裝置有效減小了主塔、過渡墩橫向地震力，并同時降低樁基內(nèi)力值，解決了高樁承臺樁基受力的難題。

本橋約束體系如圖4所示。全橋采用半漂浮體系，塔梁間及過渡墩處均采用單向支座，縱向自由，橫向約束。每個塔梁間設(shè)置4個縱向粘滯阻尼，全橋共8個；每個塔梁間及每個過渡墩處均設(shè)置2個橫向鋼阻尼，全橋共8個橫向鋼阻尼裝置。

3.6防撞設(shè)計(jì)

防撞設(shè)計(jì)采用了“復(fù)合材料防撞套箱+柔性護(hù)弦/護(hù)板”的防撞方案。本防撞方案對橋梁通航孔兩側(cè)的33、34、35、36、37和38號橋墩進(jìn)行防撞設(shè)計(jì)。35和36號主墩現(xiàn)有結(jié)構(gòu)抗力滿足抗撞要求，而33、34、37和38號墩現(xiàn)有結(jié)構(gòu)抗力不足以抵抗船舶撞擊。因此，對35和36號主墩，防撞設(shè)置主要起到警示和防局部刮擦的作用；對抗力不足的33、34、37和38號墩，需采取可靠的防撞措施。具體措施如下：

⑴根據(jù)安全評估結(jié)果，通明海特大橋主墩在正常運(yùn)營工況及臺風(fēng)工況下均為低風(fēng)險(xiǎn)，且自身抗力大于設(shè)防船撞力，原則上可采用結(jié)構(gòu)自身抗撞。但主墩離航道邊緣距離近，年碰撞概率較其他橋墩明顯偏大，主墩周圍增設(shè)警示防撞護(hù)板，以避免主墩局部損壞，同時也可降低碰撞事故中的船舶損傷。

⑵過渡墩（34#、37#）在正常運(yùn)營工況下處于中風(fēng)險(xiǎn)，臺風(fēng)工況下處于高風(fēng)險(xiǎn)，且自身抗力小于設(shè)防船撞力，現(xiàn)有結(jié)構(gòu)自身抗力不足。過渡墩采用增設(shè)柔性防撞設(shè)施，以滿足防撞需求。

⑶臨近過渡墩的引橋橋墩在正常運(yùn)營工況及臺風(fēng)工況下自身抗力均小于設(shè)防船撞力，現(xiàn)有結(jié)構(gòu)自身抗力不足。對于臨近過渡墩的2個引橋橋墩（33#、38#），采用增設(shè)柔性防撞設(shè)施，以滿足防撞要求。

4　結(jié)語

通明海特大橋跨越通明海域，連接?xùn)|海島與雷州半島。初步設(shè)計(jì)階段對主橋進(jìn)行方案比選，從抗風(fēng)、抗震角度對雙索面組合梁斜拉橋和單索面組合梁斜拉橋進(jìn)行技術(shù)比較，最終采用雙索面組合梁方案。

通明海特大橋主橋跨徑布置為（146+338+146）m，采用半漂浮體系。主塔采用鉆石型，索塔總高121.338m；其中中上塔柱高95.6m，下塔柱高25.738m。拉索錨固采用環(huán)向預(yù)應(yīng)力，拉索布置間距2m。

主梁采用PK斷面。梁寬38.5m（含風(fēng)嘴），中心線處梁高3.2m（不含鋪裝層）。標(biāo)準(zhǔn)梁段10.5m，拉索錨固采用錨拉板形式。

目前，通明海特大橋橋已完成設(shè)計(jì)，準(zhǔn)備開工建設(shè)?！?/p>

［1］楊喜文，張文華，李建中.大跨度斜拉橋橫橋向減震研究［J］.地震工程與工程振動，2012，32（1）：86-92.

［2］劉士林，王似舜.斜拉橋設(shè)計(jì)［M］.人民交通出版社，2006.

［3］中國公路學(xué)會橋梁和結(jié)構(gòu)工程分會.面向創(chuàng)新的中國現(xiàn)代橋梁［M］.人民交通出版社，2009.