银川滨河黄河大桥主桥设计

桥梁建设2017年第47卷第5期（总第246期）

Bridge Construction, Vol. 47, No. 5 #2017 (Totally No. 246)95

文章编号！003 —4722(2017)05 —0095 —06

银川滨河黄河大桥主桥设计

孙海涛，张德明，部长宇

(上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司，上海200092)

摘要：银川滨河黄河大桥主桥采用三塔双索面结合梁自锚式悬索桥，跨径布置为（88 +218 + 218 +88) m。加劲梁为钢一混凝土结合梁，钢梁采用双主纵梁梁格体系，桥面板采用钢筋混凝土

结构，钢梁与桥面板之间利用剪力钉连接。桥塔采用钢筋混凝土结构，中、边桥塔横桥向均为H

形，顺桥向均为单柱形。桥塔下设分离式矩形承台，钻孔灌注桩基础。全桥设置2根主缆，主缆采

用锌铝合金镀层钢丝，并使用缠包带防腐。吊索采用竖直形式，每个吊点设2根吊索。结构设置双

向阻尼装置，其中横向为金属弹塑性阻尼器。桥梁造型设计紧密结合地域景观特色。该桥采用黄

河主槽内桥梁全顶推施工核心技术，钢梁采用步履式顶推就位，然后铺设预制混凝土桥面板并浇筑

湿接缝，最后进行结构体系转换。

关键词：自锚式悬索桥；三塔；结合梁；主缆；镀锌铝合金钢丝；金属弹塑性阻尼器；防腐措施；

桥梁设计

中图分类号：U448.25;U442. 5文献标志码：A

D e s i g n o f M a i n B r i d g e o f B i n h e H u a n g h e

R i v e r B r i d g e i n Y i n c h u a n

(Shanghai Municipal Engineering Design Institute (Group) C o. Ltd., Shanghai 200092, China)

Abstract：The main bridge of Binhe Huanghe River Bridge in Yinchuan is a self-anchored com-posite girder suspension bridge with triple towers,double cable planes and with span (88+218 +218 +88) m.The stiffening girder of the bridge is the steel and concrete composite

girder,of which the parts of the steel girders are the lattice system of the double girders,the deck slabs atop the girders are the reinforced concrete structures and the slabs are connected,using the shear studs.The towers are the reinforced In the transverse direction of the b ridge,the intermediate and side towers take the H shape while

in the longitudinal direction,t ake the single column shape.Under each tower,the foundation of

the bored piles and the s eparated rectangular pile caps are arranged.On the whole bridge, 2 main

cables are provided.The cables are made up of the zinc-aluminum alloy coated steel wrapped by the tapes against the corrosion.The suspenders are the vertical ones and at pending point, 2 suspenders are arranged.For the bridge,the two-way dampers are which the dampers arranged in the transverse direction are the metallic elastopl configuration design of the bridge is made to closely and well merge with the regi characteristics.According to the design,the part of the bridge over the main channel of the

Huanghe River is constructed,completely using the core technique of the incremental launching.

The steel girders are firstly launched in place step by step,the precast concrete

laid and the wet joints are cast and finally the structural system of the bridge is transferred.

收稿日期！2016 —10 —12

作者筒介：孙海涛，髙级工程师，E-mail:sunhaitao@smedi. com。研究方向：大跨度桥梁设计。

96桥梁建设 Bridge Construction2017, 47(5)

Key words： 861;(:-:0〇匕〇代+triple towers;comQositegirder;maincaLle;xinc-:111爪011爪alloy c/ate+ steel wir-;metallic elastoplastic damper;corrosion protection measure;

bridge design

1概述

1.1工程概况

银川滨河黄河大桥位于银川市兴庆区河滩新村南侧，西接北京路延伸工程，进而连接银川中心城区路网；东接滨河新区纬四路，有效融入新区主干路网。项目地理位置如图1所示。

图1银川滨河黄河大桥项目地理位置示意

Fig. 1Geographical Location of Project of

Binhe Huanghe River Bridge in Yinchuan

滨河黄河大桥道路等级为双向6车道一级公路兼双向8车道城市快速路。项目路线长6. 587 km,其中，路基长2. 175 km，桥梁长4. 412 km,主桥为三塔结合梁自锚式悬索桥。

1.2主要技术标准

行车速度：80km/D。车道宽度：2X(2X3. 75 m +2X3.5 m)。设计荷载：公路一 I级。设计洪水频率：1/300。水位：施工水位线1 107. 44 m;设计通航最高水位1108. 24 m;三百年一遇洪水位1 108. 43 m;最高冰凌水位1 108. 11 m。航道等级:内河航道V级。环境类别：3类环境，相对湿度59@。风速：基本风速（100年重现期）37. 0 m/s。地震:基本烈度$度，桥梁抗震设防类别为A类，采用475年地震重现期（E1地震作用）和2 475年地震重现期（E2地震作用）两水平进行抗震设防，峰值加速度分别为0.26g和0.49g。

2总体布置及结构体系

主桥采用三塔结合梁自锚式悬索桥，跨径布置为（88 +218 +218 +88) m，边中跨比为1/2. 5,主桥总体布置如图2所示。全桥设2根主缆，平行索面布置，中跨矢跨比为1/5,边跨垂跨比为1/12. 9。结合梁全宽41. 5m，梁高3. 854 5m。吊索标准间距8.0 m。桥塔采用H形结构，塔柱为钢筋混凝土构件，横梁为预应力钢筋混凝土构件，分离式矩形承台，钻孔灌注粧基础。

图2银川滨河黄河大桥主桥总体布置

Fig. 2 General Layout of Main Bridge

of Binhe Huanghe River Bridge

由于自锚式悬索桥主缆锚于加劲梁上，需要采取措施平衡主缆产生的梁端上拔力。根据该桥孔跨布置，主缆入射角仅为18[产生的竖向分力较小，锚固区范围内端横梁和主纵梁的空间较大，具备浇筑压重混凝土的条件。同时，边墩顶设有装饰塔，塔内浇筑混凝土也可起到压重的作用，由此抵消主缆竖向分力。因此，该桥未设置锚跨，简化了桥梁结构布置。

桥址区地震烈度为$度，地震工况控制塔柱及基础设计。自锚式悬索桥纵向一般采用飘浮体系或设置弹性索。通过结构抗震性能研究发现，塔、梁纵向约束体系采用弹性索时，地震内力随弹性索刚度值的变化不敏感，桥塔内力、加劲梁位移仍然为地震工况控制。故弹性索尚不能解决控制工况的结构响应问题，需要设置阻尼器，通过阻尼体系的耗能、限位作用减小地震响应。经综合比选，该桥采用的抗震结构体系为(12):纵向，支座纵向活动，在中塔设置粘滞阻尼器耗能，以控制加劲梁纵向位移和减小桥塔底弯矩，即半飘浮体系；横桥向，支座横向活动，在各塔横向设置金属弹塑性阻尼器耗能，以控制加劲梁横向位移和桥塔底弯矩；竖向，设置球钢支座，一侧球钢支座横向设置给定剪断力的剪切销（剪切销的剪断力由静力作用下的需求确定），在地震作用下剪断后变成普通滑动支座提供滞回耗能。金属弹塑

性阻尼器的屈服力不应小于支座的剪断力。

银川滨河黄河大桥主桥设计 孙海涛，张德明，邵长宇97

3结构设计

3. 1加劲梁

加劲梁采用钢一混凝土结合梁[3]，全长614 m，

标准段长576 m、全宽％1.5m，梁高3. 854 5m，其

中混凝土桥面板厚26 cm，高跨比约为1/57。加劲

梁标准断面如图3所示。

A1

丨225 丨_________1 490_________^_________1 490 运丨225 丨

单位：c m

图3加劲梁标准断面

Fig. 3 Typical Cross Section of Stiffening Girder

钢梁由主纵梁、中横梁、端横梁、挑梁、小纵梁组

成双主纵梁梁格体系，双主纵梁中心间距32. 05 m，

主纵梁采用箱形断面，标准节段长8 m，每间隔4 m 设置1道横梁和挑梁，每2道横梁之间设置3道小纵梁。钢梁材质为Q345qE、Q420q E钢。

桥面板为钢筋混凝土结构，分为预制板和现浇缝，预制板采用C50混凝土，现浇缝采用C50微膨胀纤维混凝土。钢梁与桥面板间利用剪力钉连接。37桥塔

3.2. 1桥塔构造

该桥中塔由地震工况控制设计，边塔地震内力相比中塔略小[4]，主要由静力工况（温度荷载、收缩徐变等)控制设计，中、边塔控制工况内力相当，设计采用相同的结构形式及构造尺寸[57]。桥塔高96 m，横桥向采用H形，在主梁下方设置横梁；顺桥向采用单柱形。单个塔柱由下塔柱、中塔柱、上塔柱、塔顶段、塔顶装饰段、角柱、装饰带组成。各塔柱段截面的变化与结构受力一致，同时可以取得很好的景观造型效果。顺桥向尺寸由下塔柱7m变化到上塔柱5m，横桥向尺寸由下塔柱4 m变化到上塔柱3m。桥塔主体材料为C50混凝土。在塔柱的4个角设置装饰钢结构角柱，角柱尺寸随塔柱尺寸的变化而变化。横梁为预应力混凝土结构。桥塔构造如图 4 所 示 。

3.2.2桥塔基础

工程范围内地层分布比较简单，上部为褐黄色松散?稍密状粉土、稍密?中密状细砂、稍密?中密状卵石，中下部为强风化泥岩，根据桥梁结构和上部荷载情况，以强风化泥岩层作为钻孔灌注桩基础持力层。

中、边塔控制工况内力相当，承台底受力相差较小，地质条件基本一致，中、边塔基础设计时采用相同的布置和构造尺寸。

桥塔基础采用左、右分离式矩形承台，承台平面构造尺寸为13.2 m(横桥向）X23.2 m(顺桥向），厚5.5m，承台封底厚2 m。单个承台粧基础为15根#2.0 m的钻孔灌注粧，粧长90 m。桥塔基础布置如图 5 所示 。

3.3缆吊系统

主缆采用P P J S

法施工的高强平行钢丝索股，

98桥梁建设 Bridge Construction2017, 47(5)全桥采用2根主缆，平行缆面布置，矢跨比为1/5。

每根主缆中含<$股平行钢丝索股，每股含丝邦.<5m m的镀锌铝合金钢丝，每根主缆共<367丝，抗拉强度％ =1 770 MPa。

吊索采用竖直形式，索股为^m m高强钢丝组成的平行钢丝束，外包P E防护，抗拉强度& =

1 770 MP:。每个吊点设2根吊索，顺桥向标准间距8 m。根据受力大小，标准吊索型号为55—彡7,邻近桥塔两侧吊索型号为91一柯。吊索与主缆的连接采用销接连接，吊索与主梁的连接采用锚箱式构造，锚于挑梁端部。

主索鞍采用全铸式结构，材料为ZG270 —480H 钢，高约2<00m m，长约4 250 m m，承缆槽底部立面圆弧半径为3. 5m。

索夹采用铸钢结构，材料为ZG20M n钢，上下对合，高强螺栓连接。销孔中心及索夹中心均位于吊索中心线的延长线上。索夹壁厚均为40 mm。全桥索夹共分三大类：①连接主缆与吊索的有吊索索夹；②散索套入口处的封闭索夹；③主索鞍出口处安装缆套的锥形封闭索夹。

该桥采用浮动式散索套，铸钢结构，材料为ZG20M n钢。散索套分为等直径的摩阻段和变直径的散索段，每段均为上下对合结构，高强螺杆连接。为保证在高强螺杆作用下散索套能箍紧主缆，在两半间留有适当的缝隙。散索套摩阻段的作用是防止主缆索股径向散开时索力撑顶散索套向缆径较小的方向滑动。

结合该桥构造及主梁形式，主缆锚固构造采用ZG270 —480H钢铸锚锭。

4 施工工艺

该桥采用黄河主槽内桥梁全顶推施工核心技术。主跨设置 < 个临时墩，边跨设置1个临时墩，钢梁采用步履式顶推就位，然后铺设预制混凝土桥面板并浇筑湿接缝，最后进行结构体系转换。

在该桥跨径范围内，先铺设桥面板形成结合梁再进行结构体系转换，这种方式可以改善桥面板及钢梁的受力性能，取得较好的经济效果。

体系转换时，先将边塔顶鞍座空缆时设置的预偏量进行部分顶推，使主跨跨中短吊索的倾斜角度在吊索锚固钢套管允许的转角范围内，之后将两主跨的中间部分吊索张拉，形成全桥稳定受力状态，并将塔顶鞍座顶推到位，然后从 < 个桥塔开始，向边跨和主跨对称安装、张拉吊索，直至全部吊索张拉完毕。5桥梁特色技术

!)采用新型横向金属阻尼器[8]。对该多塔自锚式悬索桥梁、塔、墩的合理连接方式进行系统研究，最终确定桥梁横向采用新型金属阻尼器替代传统的抗风支座，很好地解决了高烈度区大跨度桥梁的横向抗震问题。该金属阻尼器采用三角形钢板为基本构件，在面外水平地震作用下沿高度范围内全截面屈服耗能，因此，其滞回耗能能力和位移能力比较大。同时，该金属阻尼器采用半球形传力键作为传力点，能够适应加劲梁复杂的变形，保证金属阻尼器在地震作用下传力路径明确。新型横向金属阻尼器如图6所示。

半球形传力键/ |\挡板

三角形钢板

(a)构造示意

I T I

I i?r麗層L i

圈i j謬f

H i k w

图T新型横向金属阻尼器

Fig. 6New Type of Metallic Damper

in Transverse Direction of Bridge

(2)主缆采用锌铝合金镀层钢丝（]。主缆是悬索桥中不可更换的主要受力构件，长期处于日晒雨淋的自然环境中，且处于高应力状态下，其防护性能的好坏直接影响到悬索桥的寿命。试验验证，锌铝合金钢丝镀层的耐腐蚀寿命约为纯锌镀层的2倍，其力学性能指标高于或者满足《桥梁缆索用热镀锌钢丝K G B/T 17101 —2008)中的技术要求。在经济性方面，采用镀锌铝钢丝的造价仅比镀锌钢丝多5@。从桥梁全寿命周期考虑，该桥采用锌铝合金镀层钢丝&

!)主缆采用缠包带技术防腐[10]。该桥利用何m m的钢丝缠绕外加主缆缠包带进行防护，

此为

银川滨河黄河大桥主桥设计 孙海涛，张德明，邵长宇99

国内首次在自锚式悬索桥上应用缠包带技术。

(4)极具地域特色的造型设计。该桥是连接银

川中心城区和滨河新区的主要通道，为与滨河新区

的定位相匹配并展现银川浓郁的地域特色，大桥景

观设计时，通过简化与提炼将伊斯兰清真寺的建筑

轮廓元素融合到桥梁结构上，将银川的代表性建筑

元素与桥文化相结合（图$)。

图7极具地域特色的造型设计

Fig. 7 Configuration Design of Bridge Having

a Lot of Regional Landscape Characteristics

T结语

银川滨河黄河大桥于2013年10月开工建设，2016年4月28日正式通车。作为国内第一座三塔结合梁自锚式悬索桥，设计时践行创新技术应用，注重细节构造，景观造型紧密结合地域文化特色，解决了西北寒冷地区冬季施工难题，保证质量的同时缩短了工期，获得了良好的社会经济效益。该桥的设计研究和成功实践拓宽了组合结构的应用范围，结构的布置参数、约束体系、特色技术等可为今后同类桥型的设计、施工提供借鉴。银川滨河黄河大桥实景如图8所示。

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图W银川滨河黄河大桥实景

Fig. 8 Real Photo of Binhe Huanghe

River Bridge in Yinchuan

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SUN Hai-tao

孙海涛

1976—，男，高级工程师

1999年毕业于大连理工大学交通

土建工程专业，工学学士，2002年

毕业于大连理工大学工程力学专

业，工学硕士，2006年毕业于同济

大学桥梁与隧道工程专业，工学博

士。研究方向：大跨度桥梁设计

E-mail ： sunhaitao@smedi. com

ZH AN G De-ming

张德明

1985—，男，工程师

2008 年毕业于武汉理工大学道路

桥梁与渡河工程专业，工学学士，

2011 年毕业于同济大学桥梁与隧

道工程专业，工学硕士。研究方向：

桥梁抗震设计

E-mail :zhangdeming@smedi. com SHAO Chang-yu

邵长宇

1963—，男，教授级高工

1984年毕业于同济大学桥梁工程

专业工学学士2007 年毕业于同

济大学桥梁与隧道工程专业工学

博士。研究方向：大跨度桥梁与组

合结构桥梁

E-mail ： shaochangyu@smedi. com

(编辑：叶青

)