通明海特大橋主橋設計與分析

王茲剛

（廣東省交通規劃設計研究院股份有限公司）

通明海特大橋主橋設計與分析

王茲剛

（廣東省交通規劃設計研究院股份有限公司）

通明海特大橋主橋采用雙塔雙索面組合梁斜拉橋結構形式，跨徑布置為（146+338+146）m。本文對該橋設計、計算分析進行了介紹。

通明海；雙塔雙索面；組合梁；斜拉橋；設計

1　工程概述

通明海特大橋是位于湛江東海島至雷州高速公路主線上的特大型橋梁，跨越通明海域。橋梁全長5755m，跨徑布置為23×25m+11×50m+（146+338+146）m+71× 50m+18×25m，引橋由25m跨的先簡支后橋面連續預制小箱梁和50m跨的現澆連續箱梁組成，主橋采用雙塔雙索面組合梁斜拉橋結構形式。

2　技術標準

⑴公路等級：高速公路；

⑵行車道數：雙向6車道；

⑶行車速度：100km/h；

⑷汽車荷載標準：公路-Ⅰ級；

⑸橋寬：整體式路基33.5m，橋梁與路基同寬；

⑹地震烈度：設計基本地震加速度為0.1g，基本烈度Ⅶ度；

⑺橋址處設計風速：54m/s；

⑻設計洪水頻率：1/300；

⑼通航標準：3000t海輪，雙孔單向通航，270× 28m。

3　結構設計

3.1總體布置

通明海特大橋初步設計階段，針對主橋提出了雙索面組合梁斜拉橋和單索面組合梁斜拉橋兩種方案進行了經濟技術比較。單索面造型美觀，行車舒適度高于雙索面；然而其抗風穩定性不如雙索面，而橋址處基本風速達到54m/s，抗風設計要求較高。因此，本橋主橋最終選取了雙索面組合梁斜拉橋結構形式。

通明海特大橋主橋跨徑布置為146m+338m+146m，結構體系采用半漂浮體系。塔梁間及過渡墩處分別各設置2個單向支座，橫向約束，縱向可自由活動。

橋梁結構布置如圖1所示。

圖1　橋型布置圖（單位：cm）

主塔上拉索間距為2m；主梁上拉索間距標準梁段為10.5m，邊跨尾索區為5.8m。邊跨距梁端33m范圍內配置不同重量的壓重以平衡邊、中跨結構重力。

3.2主梁設計

主梁采用鋼-混凝土組合梁，為改善主梁抗風穩定穩定性而設置了風嘴。主梁主要輪廓尺寸為：含風嘴全寬約 38.5m，不含風嘴頂板寬 36m，底板寬為（5.52+3.45+3.45+5.52）m，中心線處高度3.2m（不含鋪裝）。

鋼梁主要構造如下：

⑴上翼緣板

上翼緣板包括外腹板上翼緣板、中腹板上翼緣和橫隔板上翼緣板。其中外腹板上翼緣寬為600mm；中腹板上翼緣寬為800mm；橫隔板上翼緣順橋向寬度為600mm；厚度全部采用24mm。

⑵底板及其加勁肋

底板包括水平底板和斜底板兩部分，根據受力需要，水平及斜底板在順橋向不同區段采用了18mm、22mm、24mm、28mm四種不同的鋼板厚度。

底板采用U型加勁肋加勁，基本間距800mm。加勁肋厚度6～8mm。

⑶外腹板及其加勁肋

外腹板厚均為32mm。為保證其具有足夠的抗壓屈能力，設置了兩道200×20mm水平板式加勁肋。

⑷中腹板及其加勁肋

中腹板厚為18mm，在過渡墩、索塔附近加厚至22mm、28mm。為保證其具有足夠的抗壓屈能力，設置了5道200×14mm水平板式加勁肋。

⑸橫隔板

橫隔板標準間距為3.5m，保證鋼箱梁具有足夠的橫向剛度、抗扭剛度，保證施工期間橋面吊機及運營荷載產生的局部變形及應力要求。非拉索處橫隔板厚12mm，拉索吊點處厚16mm，支座處橫隔板厚28mm。

關于陸九淵的學術思想演變，學界研究得不多?，F代學者大多贊同李紱之觀點，以為象山學始終一貫，早中晚期無多大的學術思想轉變。①或如程敏政、黃宗羲等泛談早晚，實則以此會同朱陸，乃至以陸附朱，并無對陸九淵早中晚之學術思想演變有完整翔實客觀之分析。②其實陸九淵自有早中晚之思想與際遇，其學亦隨之有早中晚之演變：蓋三十歲前為萌芽期，三十歲至四十九歲為成熟期，五十歲及其以后為發展期，早中晚三期的學術思想有較大的變化。茲做一番象山學演變之考究，不僅能夠還原一代哲人學術思想之演變歷程，且能還原象山學之客觀真相，或能修正象山學界之研究。

混凝土橋面板厚度28cm，與鋼梁連接處為40cm厚，為滿足受力需要，混凝土橋面板設置縱向預應力。

主梁橫斷面如圖2所示。

圖2　主梁橫斷面（單位：cm）

主梁標準階段長度10.5m，邊跨尾索區節段長度為5.8m。施工采用整體吊裝，即鋼梁和混凝土板完成疊合后運至橋位處整體吊裝。其中，橋面吊機吊裝最大吊裝重量約為480t，浮吊吊裝最大起吊重量約536t。

梁上拉索錨固形式采用錨拉板錨固形式。

3.3主塔設計

索塔采用鉆石形，分為塔座、下塔柱、下橫梁、中塔柱、上橫梁、上塔柱及塔冠五個部分。索塔總高121.338m；其中中上塔柱高95.6m，下塔柱高25.738m。索塔在橋面以上高度為87.992m，高跨比為0.358。

塔柱采用空心箱形斷面，上塔柱錨固區塔壁厚度為橫橋向0.80m、順橋向為1.20m；中塔柱非錨固區壁厚為橫橋向有0.8及1.1m兩種，順橋向1.2m；下塔柱塔壁厚為橫橋向1.0m，順橋向1.2m。

中、上塔柱截面順橋向寬度為6.5m，橫橋向寬度為3.8m。下塔柱截面順橋向寬度由6.5m漸變到9m，橫橋向寬度由5.04m漸變到8m。

主塔結構如圖3所示。

圖3　主塔結構圖（單位：cm）

塔上拉索錨固采用環向預應力錨固形式。

3.4拉索設計

通明海特大橋主橋斜拉索采用強度為1770MPa的平行鋼絲，全橋共8×15=120根斜拉索，最長約179m，最大規格為PES7-313，單根最大重量約為17.4t。

為使拉索的風雨激振和渦激振動得到抑制，本橋采用阻尼器、氣動措施并用的綜合減振方案。

圖4　約束體系圖（單位：cm）

3.5約束體系

由于本橋跨越通明海域，采用高樁承臺基礎，考慮沖刷后自由樁長較長；同時，橋址位于Ⅶ度區，場地特征周期較長，重現期2000年時特征周期達到1.1s，這些都給橋梁結構的抗震設計帶來巨大的挑戰。設計階段對縱、橫向分別采取不同的抗震方案進行對比。縱向對無裝置、粘滯阻尼裝置、鋼阻尼裝置進行了對比，橫向對粘滯阻尼裝置、鋼阻尼裝置、雙曲面減隔震支座裝置進行了對比。最終采用了縱向粘滯阻尼、橫向鋼阻尼的減隔震方案?？v向采用粘滯阻尼不僅降低了結構縱向地震力，而且有效降低主梁縱向地震位移和支座的縱向變形；橫向采用鋼阻尼裝置有效減小了主塔、過渡墩橫向地震力，并同時降低樁基內力值，解決了高樁承臺樁基受力的難題。

本橋約束體系如圖4所示。全橋采用半漂浮體系，塔梁間及過渡墩處均采用單向支座，縱向自由，橫向約束。每個塔梁間設置4個縱向粘滯阻尼，全橋共8個；每個塔梁間及每個過渡墩處均設置2個橫向鋼阻尼，全橋共8個橫向鋼阻尼裝置。

3.6防撞設計

防撞設計采用了“復合材料防撞套箱+柔性護弦/護板”的防撞方案。本防撞方案對橋梁通航孔兩側的33、34、35、36、37和38號橋墩進行防撞設計。35和36號主墩現有結構抗力滿足抗撞要求，而33、34、37和38號墩現有結構抗力不足以抵抗船舶撞擊。因此，對35和36號主墩，防撞設置主要起到警示和防局部刮擦的作用；對抗力不足的33、34、37和38號墩，需采取可靠的防撞措施。具體措施如下：

⑴根據安全評估結果，通明海特大橋主墩在正常運營工況及臺風工況下均為低風險，且自身抗力大于設防船撞力，原則上可采用結構自身抗撞。但主墩離航道邊緣距離近，年碰撞概率較其他橋墩明顯偏大，主墩周圍增設警示防撞護板，以避免主墩局部損壞，同時也可降低碰撞事故中的船舶損傷。

⑵過渡墩（34#、37#）在正常運營工況下處于中風險，臺風工況下處于高風險，且自身抗力小于設防船撞力，現有結構自身抗力不足。過渡墩采用增設柔性防撞設施，以滿足防撞需求。

⑶臨近過渡墩的引橋橋墩在正常運營工況及臺風工況下自身抗力均小于設防船撞力，現有結構自身抗力不足。對于臨近過渡墩的2個引橋橋墩（33#、38#），采用增設柔性防撞設施，以滿足防撞要求。

4　結語

通明海特大橋跨越通明海域，連接東海島與雷州半島。初步設計階段對主橋進行方案比選，從抗風、抗震角度對雙索面組合梁斜拉橋和單索面組合梁斜拉橋進行技術比較，最終采用雙索面組合梁方案。

通明海特大橋主橋跨徑布置為（146+338+146）m，采用半漂浮體系。主塔采用鉆石型，索塔總高121.338m；其中中上塔柱高95.6m，下塔柱高25.738m。拉索錨固采用環向預應力，拉索布置間距2m。

主梁采用PK斷面。梁寬38.5m（含風嘴），中心線處梁高3.2m（不含鋪裝層）。標準梁段10.5m，拉索錨固采用錨拉板形式。

目前，通明海特大橋橋已完成設計，準備開工建設?！?/p>

［1］楊喜文，張文華，李建中.大跨度斜拉橋橫橋向減震研究［J］.地震工程與工程振動，2012，32（1）：86-92.

［2］劉士林，王似舜.斜拉橋設計［M］.人民交通出版社，2006.

［3］中國公路學會橋梁和結構工程分會.面向創新的中國現代橋梁［M］.人民交通出版社，2009.