廣州東沙大橋工程概況

東沙大橋北引橋為30m跨預應力混凝土連續(xù)箱梁，下部結構為花瓶型墩;南引橋為30m跨先簡支后結構連續(xù)預應力混凝土小箱梁，下部結構為大挑臂帽梁獨柱墩基礎。東沙大橋主橋，采用獨塔雙索面混合梁斜拉橋方案，邊跨設置兩個輔助墩，橋跨布置為338m+72m+56m+52m=518m，主橋總造價為2.16億元，其主跨跨徑位于目前國內獨塔斜拉橋的第二位。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，設計流速1.35m/s，平均潮差約1.5m，覆蓋層厚12~22.5m，基巖為泥質粉砂巖。橋址區(qū)屬南亞熱帶季風氣候，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%，年平均臺風襲擊約4次，設計基準風速:V10=35.4m/s 。

主要技術標準為:雙向六車道高速公路;橋梁全寬33.5m;主橋計入拉索錨固區(qū)及風嘴寬度后，橋梁全寬36.0m;公路I級設計荷載;計算行車車速100km/h;地震動峰值加速度系數(shù)0.1g;通航凈高33m，凈寬230m。

1.主橋結構

主橋為獨塔空間雙索面混合梁斜拉橋，采用塔、墩、梁固結體系，橋跨布置為338m+72m+56m+52m，主橋長518m，為增加體系剛度，改善結構內力，在邊跨內設置兩個輔墩，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

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

3. 主塔 主塔為花瓶形混凝土結構(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，兩個分離塔柱的錨固區(qū)之間設置開設橢圓景觀孔的三道連接橫梁，上塔柱轉折處設大半徑圓曲線，下塔柱橫橋向向內傾斜。塔柱均為單箱單室截面，下塔柱橫橋向寬4.2~8.5m，壁厚1.2m，順橋向寬8.5m，壁厚1m;中上塔柱橫橋向寬4.2m，壁厚0.8m，順橋向寬6.0~8.5m，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。中橫梁配置了預應力鋼絞線和豎向預應力粗鋼筋;上橫梁布置了預應力鋼絞線和粗鋼筋;上塔柱斜拉索的錨固采用凸齒板構造，在其四周塔壁內布置了預應力精軋螺紋粗鋼筋。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。下塔柱施工時設置3道預應力水平拉桿，中塔柱施工時設置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在主跨距主塔中心41m處。主跨41m及邊跨180m長的主梁采用預應力混凝土箱梁，單箱三室截面(圖7)，結構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，內腹板厚為0.4m，外腹板與風嘴相結合，形成錨固斜拉索的實體結構。在斜拉索錨固處及兩斜拉索之間均設一道厚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構，材料為Q345C。梁高3.3m，梁寬38m，標準節(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的錨拉板對接焊連;內腹板間距14.7m，除鋼混接合段及邊墩附近無索區(qū)段為12mm厚實腹式板外，其余為空腹式結構。橫隔板間距3.2m，板厚10mm(拉索錨固處作適當加強),鋼主梁斷面見圖8。

接合段的鋼箱梁套在預應力混凝土箱梁之外，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的縱向預應力束加以錨固，以產生預壓傳遞彎矩;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就位，橋面吊機提升，全斷面焊接的懸拼方案。

箱梁進行了節(jié)段模型和全橋模型的數(shù)值風洞試驗，最長單懸臂施工狀態(tài)顫振臨界風速大于115m/s，成橋態(tài)顫振臨界風速大于157m/s，滿足抗風穩(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，塔上標準索距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鍍鋅高強鋼絲成品索，外面熱擠兩層高密度PE防護材料，為防拉索振動，在索表面纏繞防風雨振螺旋線，在索的錨固出口套管處設高阻尼橡膠減震圈，在梁上設外置式液壓阻尼器。斜拉索與鋼箱梁的錨固采用錨拉板結構，與混凝土梁及塔的錨固采用凸齒塊結構。全橋高強鋼絲用量1053000kg。

6.施工控制

施工控制采用自適應方法，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。

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

鋼箱梁橫隔板采用實腹式，內縱腹板采用空腹式結構，與結構空間的受力要求相適應，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;

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件的分析上，僅能指導橋梁局部構件的設計，而且局部模型的邊界條件和截面內力加載難以精準。因此本橋通過進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力分布，預應力與斜拉索索力的傳遞、預應力與斜拉索錨固處的應力集中，鋼箱梁錨拉板的應力分布，鋼與混凝土結合段的應力分布、塔墩梁固結處的應力分布、塔冠錨固區(qū)及開孔區(qū)的應力分布，主梁橫隔板開孔區(qū)、支座范圍等處的應力狀況有一個全面清晰的了解;再據(jù)此研究恒活載應力集中效應、活載偏載效應、剪力滯效應等，以調整縱橫向平面計算中的荷載分布系數(shù)，校核縱橫向平面模型的計算結果，并根據(jù)計算結果對結構設計進行優(yōu)化，使結構設計經濟合理;以確保鋼箱梁錨拉板及鋼砼接頭等關鍵部位受力合理、連接可靠;確保結構的整體和局部在施工及使用階段的安全性。同時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力分布狀況，為主塔橫梁預應力分批張拉、主塔施工中拉桿及橫撐的設置提供可靠的依據(jù)。

錨拉板是聯(lián)系東沙大橋鋼箱梁與斜拉索的關鍵部位，在集中的斜拉索拉力作用下，錨拉板的應力異常復雜。傳統(tǒng)錨拉板設計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行十字焊接的橋面頂板具有Z向抗撕裂的材質要求，而且焊接工藝要求高、檢驗項目多、造價高，制約了錨板式拉索錨固體系的推廣使用。針對這些缺點，本橋進行了改進與優(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造問題，使鋼箱梁頂板無需Z向抗撕裂材質要求，降低材料的采購和檢驗費用。在通過靜動載試驗以及全橋仿真的對比分析之后成功應用于東沙大橋，優(yōu)化的錨拉板結構提高了結構受力的可靠性，節(jié)省了工程費用，并為以后同類橋梁起到參考借鑒的作用。