长江大桥三塔斜拉桥上部结构设计

长江大桥三塔斜拉桥上部结构设计邓青儿孔德军（铁道部大桥工程局勘测设计院）【摘要】本文概要介绍了夷陵长江大桥三塔斜拉桥上部结构设计技术特点．并对设计中的一些特殊技术问题及所采取相应技术措施进行了介绍。

【关键词】夷陵长江大桥三塔斜拉桥结构设计一、工程概况夷陵长江大桥位于湖北省宜昌市，跨越长江，是联系宜昌市南、北两岸的城市桥梁。

桥位距葛洲坝水利枢纽大坝下游7.6km，桥址区江面宽约800m，最大水深约23m。

夷陵长江大桥经初步设计确定采用单索面三塔混凝土加劲梁斜拉桥方案，跨径布置为（38.0+38.5+43.5）+348+348＋（43.5+38.5+38.0）=936（m），其主跨达348m，是目前国内最大跨度的三塔斜拉桥，也是目前世界上最大跨度的三混凝土加劲梁斜拉桥。

该桥斜拉桥目前已完成基础施工。

三个主塔正在施工中。

主梁顶制和现浇工作也全面展开，预计200l年7月1日建通车。

二、主要技本标准1.荷载：汽——超20设计，挂——120检算，人群荷载3.5kN/平方米；2.设计车速：60km/h；3.桥面宽度：公路四车道，两侧各2.0m宽人行道；4.坡度：全桥位于竖曲线上，桥面处半径R＝18725.9m，桥面设1.5％双面横坡；5.通航标准：净高18m，净宽≥125m；6.地震基本烈度：6度；7.风速：V10=23.53m/s。

三、结构设计l．结构布置斜拉桥纵向布置为：120+348+348+120=936m，其中120m边跨又分为三个小跨，即38+38.5+43.5=120（m）。

桥梁全宽23.0m，中央索区宽3.0m，两侧人行道宽各2.0m，边栏杆宽0.25m，即0.25（边栏杆）＋2.0（人行道净宽+7.75（车行道）＋3.0（中央索区）＋7.75（车行道）+2.0（人行道净宽）＋0.25（边栏杆）=23.0m。

全桥主梁等高架高3.0m。

宽跨比为1：15，高跨比为1：116。

全桥3个主塔塔高不等，两边塔结构相同，中塔高于边塔。

主塔采用钻石型钢筋混凝土结构，边、中塔自承台顶以上度分别为106.5m，126.0m。

塔身均为单箱单室或单箱双室截面。

本桥为单索面斜拉桥，斜拉索置于桥面中央，断面上每个编号的斜拉索均由两根组成，间距1.2m。

梁上索距主跨8m 边跨5.5m，塔上索距约为1.6m。

每个边塔上布置了18对斜拉索，中塔上布置了23对斜拉索，全桥共236根斜拉索斜拉桥立面布置见图1。

2.支承体系全桥除三个桥塔及两个边墩之外，还没有四个辅助墩，四个辅助墩均为独柱墩，设于桥中线处，每墩设一个纵向活动座。

每个边墩处均设两个纵向活动支座，其横桥向间距12m。

每个边塔处各设两个纵向活动支座，其横桥向间距10.4中塔处为塔梁固结。

两个边墩、两个边塔和中塔处的竖向支承共同组成全桥的抗扭支承体系。

在各边墩、边塔处设有横向支座，起抗风、防震、限位作用。

3.主塔主塔采用钻石型钢筋混凝土结构，中、边塔纵向尺寸分别为7.0m，5.5m。

主塔分上塔往、中塔柱、下塔往三部分。

上中塔柱为单箱单室截面；下塔柱采用单箱双室截面，见图2。

5.主梁（1）主梁构造主梁采用单箱三室截面，三向预应力混凝土结构。

主梁全桥外轮廓尺寸一致，梁高30m，顶板宽2．30m，底板定5.0两侧悬臂板悬臂长度3.5m。

主梁边跨长约90m区段为压重段，压重集度约40t／m。

主梁边跨与边塔处0号决共长131m，均采用膺架现浇施工。

中塔处0号块现浇长度22m。

两主跨主梁采用预制悬拼施工主梁预制是拼梁段间隔40m左右设一道50m宽湿接缝．其余均为干接缝。

除合龙段外，一个348.0m的主路共设 7个0.宽湿接缝。

两个湿接缝间长约40m的梁段要求在同一台座上预制，预制块件的匹配性要好。

以使减小悬拼的施工误差施工累积误差通过温接缝及时消除，尽量避免通过垫片调整线型，这是保证大跨预应力混凝土斜拉桥悬拼施工质量的要技术措施。

梁体预制块长度分别为4.0m，3.5m（有湿接缝处），预制块均为等截面，顶板厚22cm，底板厚35cm，合龙处8m长梁因为纵向预应力束起弯，底板厚度增至40cm。

直腹板厚28cm，斜腹板厚20cm，悬臂板根部厚45cm，最外侧厚16cm，个预制块件顶板设8个剪力键（槽），直腹板设6个、斜腹板设2个。

湿接缝两端梁体不设剪力键（槽）。

中塔处主梁截面局部加强，顶板厚50cm，底板厚60cm，直腹板厚60cm，斜腹板厚40cm。

主梁与中塔相交处，沿周边（板除外）设100*20cm倒角。

边跨现浇段因设压重、辅助墩，截面变化较多，其一般截面如下：顶板厚25cm，底板厚45cm，在胶板厚38cm，斜腹厚32cm。

主梁采用55号混凝土。

主梁断面见图3。

（2）主梁预应力体系主梁采用三向预应力体系：四、计算分析1.静力计算采用我院自编斜拉桥专用分析软件BCSA和斜拉桥安装计算软件SCDS，进行本桥的计算分析。

两个软件均有按不同加龄期自动计算混凝土收缩徐变的功能。

（l）成桥运营计算计算内容包括恒载、支点沉降、活载及制动力、温度力、静风力等。

活载非线性影响按10％计算。

温度力拟定如下：体系温度：±20℃：索、梁（塔）温差：±15℃；塔左、右侧温差：±5℃；主梁顶板升温：＋5℃。

（2）安装计算按结构形成过程计算了主要控制阶段：边跨与0号块主梁现浇施工；边塔河侧最大单伸臂，中塔处最大双伸臂；主跨龙；合龙后上二期恒载。

成桥运营计算是在安装计算最后形成的成桥状态的基础上进行的。

（3）安装控制计算计算内容包括施工不平衡荷载、静风力等。

其中施工不平衡荷载接相差一个节段考虑。

共计算了最大单、双伸臂两种态。

（4）主梁最大扭转角在主梁一侧满布活载（另一侧空载），主梁最大扭转角约为 0.009rad，相当于1％的横坡，结果表明本桥虽为单索面拉桥，由于采用抗扭刚度很大的闭合箱梁，主梁扭转不影响行车安全，结构受力亦有可靠保证。

2.动力分析桥址区地震基本烈度为6度，地震荷载不控制设计，动力问题主要集中在桥梁抗风性能研究上。

为此，进行了主梁节模型风洞试验研究和最大双伸臂施工状态气弹模型风洞试验研究，研究结果表明：成桥状态和施工状态的颤振临界风均远大于相应的颤振检验风速，无论在成桥状态还是施工阶段本桥均有足够的抗风稳定性；施工阶段因抖振和涡激振产生的结构内力不大，均小于成桥运营阶段结构内力，本桥在施工阶段无需临时抗风措施。

五、特殊问题及相应技术措施1.桥梁体系刚度三塔斜拉桥由于其中间塔无尾索及锚墩来有效限制它的塔墩位移，结构柔性较双塔斜拉桥更大，一般认为需对中塔进加强或加劲才能使结构满足要求。

本桥为三塔斜拉桥，但在最大活载作用下，其挠跨比约为1：950，可见本桥具有较的刚度，无需采取任何加劲措施，原因如下：（l）边跨设两个辅助墩，为三跨连续结构，每跨跨径约为40cm，边跨变形非常小，充分发挥了边跨锚索的尾索效应大大提高了结构体系刚度。

（2）主梁采用混凝土梁，自重较大，相应斜拉索面积也较大。

斜拉索用量的增加对提高体系刚度作用甚大。

加设辅助墩和采用混凝土主梁是本桥获得较大体系刚度的最有效措施。

如果取消辅助墩，除非采取其它的加劲措施，则因梁塔在活荷载作用下将产生过大的内力而使方案难以经济合理地实现。

如果采用钢主梁，即使设有辅助墩，因主重量大幅降低，相应斜拉索用量减少，体系刚度下降，难以实现经济上的合理性。

适当的桥梁体系刚度还可以减小基受力。

可见，桥梁体系刚度是三塔斜拉桥设计中的最关键问题，夷陵长江大桥设计就是从研究桥梁体系刚度入手，通结构的合理选配，取得最经济合理的结果。

2.主跨合龙本桥全长936m，对中塔呈对称布置，中塔处为全桥纵向变形零点，主跨跨径348m，边塔距变形零点即为348m，就边而言，其受温度、收缩徐变等影响作用的主梁长度相当于主跨约700m的二塔斜拉桥。

在本桥计算分析过程中发现张拉合龙来及其后的收缩徐变变形对斜拉索索力、主梁及主塔受力均产生显著不利影响。

主梁合龙之前先张拉部分合龙束，合龙之后再张拉其他合龙束，可大大减小这种不利影响。

合龙程序的这种特殊处理可能在别的斜拉桥上无关紧要，对于本桥，却成为一项关键技术措施。

3.主跨体外预应力单索面斜拉桥一般采用抗扭刚度较大的闭合型主梁。

对于混凝土主梁，倒梯形截面因其经济合理性用得最为普遍，本亦不例外。

从结构受力需要确定的底板宽度本桥仅有5m，只能布置有限的预应力，体内预应力过于密集使混凝土浇注量难以保证，还易引起应力集中。

本桥底板宽度5.0m，已能满足受力需要，因主跨正弯短较大，如果全部布置体内预力，必须加大底板宽度，这种因由构造上的要求而加大主梁截面尺寸是不合理的，另外还将引起斜拉索、主塔、基础应加大，将导致非常不经济的结果。

因此，本桥采用体外预应力束来解决这一矛盾。

体外预应力具有不需预埋孔道、不需压浆、易保证施工质量、易维护、可更换等优点；结合本桥受力特性，体外预应的应用是一次有益的尝试。

参考文献[1]严国敏编著.现代斜拉桥.成都：西南交通大学出版社，1996[2]林元培编著.斜拉桥.北京；人民交通出版社，1994[3]铁道部大桥工程局.武汉长江二桥技术总结.北京：科学出版社，1998。