廣州東沙大橋

在倒Y形上塔柱的兩個(gè)分離塔柱之間設(shè)置開設(shè)橢圓景觀孔的三道連接橫梁，在上塔柱轉(zhuǎn)折處設(shè)大半徑圓曲線，不但傳力順暢，而且造型新穎、優(yōu)美，具獨(dú)創(chuàng)性;

鋼箱梁橫隔板采用實(shí)腹式，內(nèi)縱腹板采用空腹式結(jié)構(gòu)，與結(jié)構(gòu)空間的受力要求相適應(yīng)，既保證了橫向剛度而有利于施工，又減少了縱腹板的用材而節(jié)約了造價(jià);

基于目前有限元程序的塊體單元仿真分析大多處在局部構(gòu)件的分析上，僅能指導(dǎo)橋梁局部構(gòu)件的設(shè)計(jì)，而且局部模型的邊界條件和截面內(nèi)力加載難以精準(zhǔn)。因此本橋通過進(jìn)行施工與使用階段全過程各工況的三維有限元仿真分析，以便對主橋各部位在各階段的空間受力行為:包括主梁和主塔在各縱斷面和橫斷面的應(yīng)力分布，預(yù)應(yīng)力與斜拉索索力的傳遞、預(yù)應(yīng)力與斜拉索錨固處的應(yīng)力集中，鋼箱梁錨拉板的應(yīng)力分布，鋼與混凝土結(jié)合段的應(yīng)力分布、塔墩梁固結(jié)處的應(yīng)力分布、塔冠錨固區(qū)及開孔區(qū)的應(yīng)力分布，主梁橫隔板開孔區(qū)、支座范圍等處的應(yīng)力狀況有一個(gè)全面清晰的了解;再據(jù)此研究恒活載應(yīng)力集中效應(yīng)、活載偏載效應(yīng)、剪力滯效應(yīng)等，以調(diào)整縱橫向平面計(jì)算中的荷載分布系數(shù)，校核縱橫向平面模型的計(jì)算結(jié)果，并根據(jù)計(jì)算結(jié)果對結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，使結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)合理;以確保鋼箱梁錨拉板及鋼砼接頭等關(guān)鍵部位受力合理、連接可靠;確保結(jié)構(gòu)的整體和局部在施工及使用階段的安全性。同時(shí)通過分析研究主塔橫梁分三次施工及主塔節(jié)段施工過程中的塔應(yīng)力分布狀況，為主塔橫梁預(yù)應(yīng)力分批張拉、主塔施工中拉桿及橫撐的設(shè)置提供可靠的依據(jù)。

錨拉板是聯(lián)系東沙大橋鋼箱梁與斜拉索的關(guān)鍵部位，在集中的斜拉索拉力作用下，錨拉板的應(yīng)力異常復(fù)雜。傳統(tǒng)錨拉板設(shè)計(jì)是將錨拉板直接焊于橋面板上，通過橋面板再將索力傳至腹板，因此要求與錨拉板進(jìn)行十字焊接的橋面頂板具有Z向抗撕裂的材質(zhì)要求，而且焊接工藝要求高、檢驗(yàn)項(xiàng)目多、造價(jià)高，制約了錨板式拉索錨固體系的推廣使用。針對這些缺點(diǎn)，本橋進(jìn)行了改進(jìn)與優(yōu)化，即將鋼箱梁的縱腹板伸出箱梁頂板之上，與錨拉板直接對焊，以解決在主要受力方向的十字焊接構(gòu)造問題，使鋼箱梁頂板無需Z向抗撕裂材質(zhì)要求，降低材料的采購和檢驗(yàn)費(fèi)用。在通過靜動載試驗(yàn)以及全橋仿真的對比分析之后成功應(yīng)用于東沙大橋，優(yōu)化的錨拉板結(jié)構(gòu)提高了結(jié)構(gòu)受力的可靠性，節(jié)省了工程費(fèi)用，并為以后同類橋梁起到參考借鑒的作用。

東沙大橋北引橋?yàn)?0m跨預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，下部結(jié)構(gòu)為花瓶型墩;南引橋?yàn)?0m跨先簡支后結(jié)構(gòu)連續(xù)預(yù)應(yīng)力混凝土小箱梁，下部結(jié)構(gòu)為大挑臂帽梁獨(dú)柱墩基礎(chǔ)。東沙大橋主橋，采用獨(dú)塔雙索面混合梁斜拉橋方案，邊跨設(shè)置兩個(gè)輔助墩，橋跨布置為338m+72m+56m+52m=518m，主橋總造價(jià)為2.16億元，其主跨跨徑位于目前國內(nèi)獨(dú)塔斜拉橋的第二位。橋塔采用鋼筋混凝土花瓶形塔，橋面以上塔高147m。東沙大橋主橋主跨為全焊鋼箱梁，采用預(yù)制拼裝的施工方案;邊跨混凝土箱梁位于岸上，采用支架現(xiàn)澆的施工方案。

橋位處江面寬約350m，水深4~15m，設(shè)計(jì)流速1.35m/s，平均潮差約1.5m，覆蓋層厚12~22.5m，基巖為泥質(zhì)粉砂巖。橋址區(qū)屬南亞熱帶季風(fēng)氣候，多年平均氣溫21.8℃，年平均降雨量1696.5mm，年平均相對濕度為77%，年平均臺風(fēng)襲擊約4次，設(shè)計(jì)基準(zhǔn)風(fēng)速:V10=35.4m/s 。

主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)為:雙向六車道高速公路;橋梁全寬33.5m;主橋計(jì)入拉索錨固區(qū)及風(fēng)嘴寬度后，橋梁全寬36.0m;公路I級設(shè)計(jì)荷載;計(jì)算行車車速100km/h;地震動峰值加速度系數(shù)0.1g;通航凈高33m，凈寬230m。

1.主橋結(jié)構(gòu)

主橋?yàn)楠?dú)塔空間雙索面混合梁斜拉橋，采用塔、墩、梁固結(jié)體系，橋跨布置為338m+72m+56m+52m，主橋長518m，為增加體系剛度，改善結(jié)構(gòu)內(nèi)力，在邊跨內(nèi)設(shè)置兩個(gè)輔墩，在邊墩及其臨近輔助墩共壓重655000kg，橋型布置如圖3。

2.主墩基礎(chǔ)

42號主墩位于岸邊，采用20根D2.5m鉆孔灌注樁基礎(chǔ)(圖4)，平均樁長32m;矩型承臺尺寸19X28m，厚6m，承臺頂設(shè)置整體式塔座，共澆注C30混凝土3192 m。主墩基礎(chǔ)構(gòu)造如圖3。

3. 主塔 主塔為花瓶形混凝土結(jié)構(gòu)(圖5、圖6)，塔高182m，橋面以上塔高144m，有效高跨比0.25。橫梁以上塔柱成分離式倒"Y"形，兩個(gè)分離塔柱的錨固區(qū)之間設(shè)置開設(shè)橢圓景觀孔的三道連接橫梁，上塔柱轉(zhuǎn)折處設(shè)大半徑圓曲線，下塔柱橫橋向向內(nèi)傾斜。塔柱均為單箱單室截面，下塔柱橫橋向?qū)?.2~8.5m，壁厚1.2m，順橋向?qū)?.5m，壁厚1m;中上塔柱橫橋向?qū)?.2m，壁厚0.8m，順橋向?qū)?.0~8.5m，壁厚0.8~1.2m;上連接橫梁頂、底板厚0.6m，腹板厚0.7m;橋面處塔橫梁中有主梁穿過，橫梁寬7.5m，高6.0m，頂、底板及腹板厚0.8m。中橫梁配置了預(yù)應(yīng)力鋼絞線和豎向預(yù)應(yīng)力粗鋼筋;上橫梁布置了預(yù)應(yīng)力鋼絞線和粗鋼筋;上塔柱斜拉索的錨固采用凸齒板構(gòu)造，在其四周塔壁內(nèi)布置了預(yù)應(yīng)力精軋螺紋粗鋼筋。主塔共澆注C50混凝土10272 m。塔柱采用爬模施工，節(jié)段長4.5m。下塔柱施工時(shí)設(shè)置3道預(yù)應(yīng)力水平拉桿，中塔柱施工時(shí)設(shè)置3道施加主動力的水平撐桿。

4.主梁

主梁采用鋼箱梁與混凝土箱梁相接合的混合梁，鋼箱梁與混凝土箱梁接合段設(shè)在主跨距主塔中心41m處。主跨41m及邊跨180m長的主梁采用預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁，單箱三室截面(圖7)，結(jié)構(gòu)外形與鋼箱梁保持一致。梁高3.3m，箱全寬38m，頂面寬36m，頂?shù)装搴?.25m，內(nèi)腹板厚為0.4m，外腹板與風(fēng)嘴相結(jié)合，形成錨固斜拉索的實(shí)體結(jié)構(gòu)。在斜拉索錨固處及兩斜拉索之間均設(shè)一道厚0.35m的橫梁，橫梁間距4m。混凝土箱梁位于岸上，采用支架節(jié)段現(xiàn)澆施工方案，共澆注C50混凝土8164 m。

中跨鋼箱梁長296.75m，采用正交異性板組成的全焊箱形結(jié)構(gòu)，材料為Q345C。梁高3.3m，梁寬38m，標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段長16m，節(jié)段吊裝重約269噸。鋼箱梁頂板厚14mm，其板下設(shè)8mm厚U型縱肋加勁，間隔600mm;底板及下斜腹板厚12~16mm，其板上設(shè)6mm厚U型縱肋加勁，間隔800mm;縱向外腹板厚28~40mm，間距為34.4m，其上與斜拉索下錨點(diǎn)的錨拉板對接焊連;內(nèi)腹板間距14.7m，除鋼混接合段及邊墩附近無索區(qū)段為12mm厚實(shí)腹式板外，其余為空腹式結(jié)構(gòu)。橫隔板間距3.2m，板厚10mm(拉索錨固處作適當(dāng)加強(qiáng)),鋼主梁斷面見圖8。

接合段的鋼箱梁套在預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁之外，其上、下翼緣板和端面板通過抗剪焊釘以傳遞剪力;其端面板利用混凝土箱梁內(nèi)的縱向預(yù)應(yīng)力束加以錨固，以產(chǎn)生預(yù)壓傳遞彎矩;而兩種梁體在剛度上的突變，則由在鋼箱梁上、下翼緣板的U型加勁肋上加焊T型肋并逐漸變高而得到緩解。

鋼箱梁施工采用船運(yùn)就位，橋面吊機(jī)提升，全斷面焊接的懸拼方案。

箱梁進(jìn)行了節(jié)段模型和全橋模型的數(shù)值風(fēng)洞試驗(yàn)，最長單懸臂施工狀態(tài)顫振臨界風(fēng)速大于115m/s，成橋態(tài)顫振臨界風(fēng)速大于157m/s，滿足抗風(fēng)穩(wěn)定性要求。

5.斜拉索

斜拉索按空間雙索面扇形布置，全橋共84根，塔上標(biāo)準(zhǔn)索距1.8~2.0m，鋼箱梁上索距16m，混凝土梁上索距8m。拉索采用(109~283)φ7鍍鋅高強(qiáng)鋼絲成品索，外面熱擠兩層高密度PE防護(hù)材料，為防拉索振動，在索表面纏繞防風(fēng)雨振螺旋線，在索的錨固出口套管處設(shè)高阻尼橡膠減震圈，在梁上設(shè)外置式液壓阻尼器。斜拉索與鋼箱梁的錨固采用錨拉板結(jié)構(gòu)，與混凝土梁及塔的錨固采用凸齒塊結(jié)構(gòu)。全橋高強(qiáng)鋼絲用量1053000kg。

6.施工控制

施工控制采用自適應(yīng)方法，大部分拉索索力采用一次張拉到位，索力最大誤差按5%控制，位移最大誤差按±2cm控制。