某跨海大桥钢箱梁及斜拉索的设计

杨俊生 陈 俊

（南通振华重型装备制造有限公司，江苏 南通 226000）

1 项目概况

●公路等级：双向六车道高速公路。

●计算行车速度：100km/h。

●载荷等级：公路-Ⅰ级、主桥人群载荷2.875KN/m2。

●主桥标准宽度：桥面宽度40.5m。

桥面宽度构成为：1.2m（风嘴） +1.5m（人行道） +1.05m（索区） +0.5m（防撞护栏） +3.0m（紧急停车带） +3×3.75m（行车道） +（0.75m+2m+0.75m） （中间道） +3×3.75m（行车道） +3.0m（紧急停车带） +0.5m（防撞护栏） +1.05m（索区） +1.5m（人行道） +1.2m（风嘴） =40.5m。

●桥面坡度：2.5%

●地震基本烈度为Ⅵ度，主桥采用100 年100%和100年3%两阶段标准设防。

●设计水位：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。

●风参数：施工阶段：重现期30 年，基本风速为29.6m/s。

运营阶段：重现期100 年，基本风速为35.2m/s。

桥址区地表粗糙度系数α=0.12

●通航净空：

表1 通航孔设置及净空尺度

●桥梁纵坡：主桥纵断面位于竖曲线半径R=18000m两侧坡度分别为1.5%与-1.0%的竖（直） 曲线内。

●高程系：采用1985 年国家高程基准。

●坐标系：采用1954 年北京坐标系。

2 设计要点

2.1 桥跨布置

主跨采用钢箱梁，跨径535m；北边跨采用混凝土箱梁，跨径168m，边中跨比为0.314，其中主跨钢箱梁与混凝土箱梁结合面距索塔中心线12.5m；南边跨采用钢箱梁，跨径258m，边中跨比为0.482，主桥跨径布置为(49+58+61) +535+ (198+60) =961 m，桥型布置见图1。

2.2 结构体系

图1 桥跨布置（单位cm）

主桥采用半飘浮体系，索塔处设置竖向球形支座和横向限位支座，北边跨内设置2 个辅助墩，南边跨设1 个辅助墩，辅助墩均设双向活动支座，南、北过渡墩均设单向（纵向） 活动支座[1]；在索塔主梁连接处设置纵向限位挡块和黏滞流体阻尼器，纵向限位挡块主要是在全桥承受纵向风荷载、汽车活载（包含制动力） 作用时限制主梁和索塔的相对位移，从而减小索塔根部及基础的弯矩，黏滞流体阻尼器则是在全桥承受地震作用的时候，通过改变结构的动力特性并消散地震能量，以此实现减震消能的目的[2]；南边跨辅助墩及过渡墩设适当配重。

3 钢箱梁设计

3.1 钢箱梁断面

所选定的钢箱梁采用封闭扁平流线形钢箱梁，主要轮廓尺寸为：钢箱梁含风嘴顶板全宽为40.5m，不含风嘴顶板宽为34m，含风嘴底板宽为8.85+22.8+8.85=40.5m，中心线处梁高3.204m（为钢箱梁主梁桥梁中心线处钢箱梁顶板底缘到钢箱梁底板顶缘的高度）。钢箱梁标准横断面见图2。

图2 钢箱梁标准横断面（单位：mm）

3.2 钢箱梁梁段划分

中跨与南边跨采用钢箱梁，全长774m。考虑受力需要在纵桥向将梁段划分为A、B1~B2、 C1~C3、D、E、F、G1~G2、 H 共12 种梁段类型，共56 个梁段。其中A、 B1、B2 为塔区零号段梁段；C1~C3、G1~G2 为标准梁段；D 梁段为钢混结合段连接梁段；F、H 为辅助墩和过渡墩顶梁段；E为跨中合龙梁段。

3.3 钢箱梁构造

3.3.1 顶板及其加劲肋

顶板在纵桥向均采用16mm 板厚，横桥向靠近外腹板的锚固区2880mm 范围内增强至20mm 板厚，以利于斜拉索索力的扩散。

3.3.2 底板及其加劲肋

底板包括水平底板和斜底板两部分。根据受力需要，水平和斜底板在顺桥向按照梁段分别采用了12mm～20mm 四种板厚，其中结合段附近的D 梁段、塔区A 梁段及B1 梁段板厚为20mm， B2、C1 及墩顶压重区F、G1、H 梁段板厚为16mm， C2 梁段板厚为14mm，其余梁段板厚均为12mm，底板顺桥向不同板厚相接保证底板顶缘对齐。

3.3.3 外腹板及其加劲肋

外腹板厚度均为30mm。为保证其具有足够的抗压屈能力，设置两道240×24mm 水平加劲肋。拉索锚固区再增设两道200×20mm 水平加劲肋，以增大外腹板刚度。

外腹板纵向加劲肋在拉索锚固及设支座处（除过渡墩）对应的横隔板位置处断开，并与横隔板焊接，其他位置在横隔板上开孔穿过[3]。

3.3.4 横隔板

根据受力、施工和构造要求，横隔板共分为9 种类型。具体厚度及适用位置详见表2。

表2 横隔板一览表

3.3.5 纵隔板

根据受力和构造要求，纵隔板按照梁段共分为12 种类型。具体厚度及适用位置详见表3。

3.3.6 梁段临时吊点临时吊点是通过高强度螺栓将吊耳与桥面板连接。每个梁段共设4 对（8 个） 临时吊点，横桥向每对临时吊点的中心与主梁中心线的距离为7.6m。

表3 纵隔板一览表

3.3.7 压重构造

为确保在正常运营荷载下，过渡墩及辅助墩不出现上拔力，在桥墩附近钢箱梁内施加压重。过渡墩、辅助墩墩顶压重区域分布分别约为40t/m、65t/m，全桥共计混凝土压重材料472.9m/m3。压重采用底板焊接钢槽浇注重混凝土方式，混凝土容重要求达到38kN/m3。

3.3.8 检修道及风嘴构造

与主梁同时加工、架设，但不参与主梁受力，仅承受其自身重量、风荷载及人群荷载[4]。检修道板采用12mm 厚钢板+10mm 厚板式加劲。风嘴采用10mm 厚钢板+8mm 厚板式加劲。

4 斜拉索设计

4.1 斜拉索规格

采用1860MPa 锌铝合金镀层平行钢丝斜拉索，全桥共4×17×2=136 根斜拉索，最长289.293 m，最大规格为Zn-5%AL-PES7-253，单根最大重量为21.521 t。根据索力的不同分别采用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 九种规格。

4.2 斜拉索设计寿命

成品斜拉索要求使用寿命不小于50 年，并具有可换性。拉索外层高密度有色聚乙烯护套应具有巧年以上的抗紫外线降解能力[5]。对于可以进行现场维护的锚固构件，其防腐系统的设计寿命不小于25 年。斜拉索两端均采用冷铸型锚具，其设计寿命与斜拉索一致，为不小50 年;锚具外表面防腐体系的防腐年限应大于25 年。斜拉索均在塔端张拉。

4.3 斜拉索减震措施

为抑制拉索的风、雨激振和涡激振动，本桥采用气动措施、阻尼器并用的综合减振方案。

4.4 斜拉索桥面防水罩

斜拉索桥面防水罩采用316L 不锈钢板，技术指标应满足GB/T 20878-2007 规定的要求。

配套的聚氨醋密封胶应由专业厂家生产，并确防水罩安装后的密水性良好。

4.5 斜拉索桥面密封罩

斜拉索桥面密封罩采用20 钢，技术指标应满足GB/T 699-2015 规定的要求。密封罩表面采用热镀锌处理，锌层厚度不小于90μm。