3广州东沙大桥主跨斜拉桥设计介绍.doc

注：本大桥位于地块西侧面，与地块之间除规划中的市政道路外，没有其他建筑物广州东沙大桥主跨斜拉桥设计介绍梁立农，代希华（广东省公路勘察规划设计院有限公司）摘要 本文介绍一座正在施工中的广州东沙大桥主跨斜拉桥设计，包括工程概述、结构设计、主要技术特点和创新点等内容该桥主跨采用338m独塔空间双索面混合梁斜拉桥, 在倒Y形上塔柱的两个分离塔柱之间布设椭圆景观孔, 在上塔柱转折处设大半径圆曲线，传力顺畅，造型新颖、优美；将钢箱梁的纵腹板伸出箱梁顶板之上再与锚拉板直接对焊，避免了传统焊于顶板上的锚拉板所存在的十字焊接及顶板的Z向抗撕裂材质要求等问题，受力直接、可靠；通过进行施工与使用阶段全过程的三维有限元仿真分析，对各节点及各断面和开孔区的应力分布，预应力与斜拉索索力等各种荷载的传递有一个全面清晰的了解，并校核和调整纵横向平面模型的计算结果，使结构设计经济合理，安全可靠关键词：东沙大桥，斜拉桥，桥梁景观，锚拉板，仿真分析 1 工程简介广州东沙大桥位于广州市中心区南部，跨越珠江东平水道，北面通过东沙立交与环城高速公路南环段及东沙大道相连，南面连接广州市新客站，是广州市东沙至新联高速公路上的一座特大型桥梁，主桥采用斜拉桥方案（效果如图1）, 主桥总造价：2.16亿元。

图 1 东沙大桥鸟瞰效果图桥位处江面宽约350m，水深4～15m，设计流速1.35m/s，平均潮差约1.5m，覆盖层厚12～22.5m，基岩为泥质粉砂岩桥址区属南亚热带季风气候，多年平均气温21.8℃，年平均降雨量1696.5mm，年平均相对湿度为77%，年平均台风袭击约4次，设计基准风速：V10＝35.4m/s 主要技术标准为：双向六车道高速公路；公路I级设计荷载；计算行车车速100km/h；地震动峰值加速度系数0.1g；通航净高33m，净宽230m2 主桥结构主桥为独塔空间双索面混合梁斜拉桥，采用塔、墩、梁固结体系，桥跨布置为338m+72m+56m+52m，主桥长518m，为增加体系刚度，改善结构内力，在边跨内设置两个辅墩，在边墩及其临近辅助墩共压重655000kg，桥型布置如图2图2 桥型布置图2.1 主墩基础42号主墩位于岸边，采用20根D2.5m钻孔灌注桩基础（图3），平均桩长32m；矩型承台尺寸19X28m，厚6m，承台顶设置整体式塔座，共浇注C30混凝土3192 m3主墩基础构造如图3 图3 主墩基础2.2 主塔主塔为花瓶形混凝土结构（图4、图5），塔高182m，桥面以上塔高144m，有效高跨比0.25。

横梁以上塔柱成分离式倒“Y”形，两个分离塔柱的锚固区之间设置开设椭圆景观孔的三道连接横梁，上塔柱转折处设大半径圆曲线，下塔柱横桥向向内倾斜塔柱均为单箱单室截面，下塔柱横桥向宽4.2～8.5m，壁厚1.2m，顺桥向宽8.5m，壁厚1m；中上塔柱横桥向宽4.2m，壁厚0.8m，顺桥向宽6.0～8.5m，壁厚0.8～1.2m；上连接横梁顶、底板厚0.6m，腹板厚0.7m；桥面处塔横梁中有主梁穿过，横梁宽7.5m，高6.0m，顶、底板及腹板厚0.8m中横梁配置了预应力钢绞线和竖向预应力粗钢筋；上横梁布置了预应力钢绞线和粗钢筋；上塔柱斜拉索的锚固采用凸齿板构造，在其四周塔壁内布置了预应力精轧螺纹粗钢筋主塔共浇注C50混凝土10272 m3塔柱采用爬模施工，节段长4.5m下塔柱施工时设置3道预应力水平拉杆，中塔柱施工时设置3道施加主动力的水平撑杆 图4 主塔构造 图5 主塔施工2.3 主梁主梁采用钢箱梁与混凝土箱梁相接合的混合梁，钢箱梁与混凝土箱梁接合段设在主跨距主塔中心41m处主跨41m及边跨180m长的主梁采用预应力混凝土箱梁，单箱三室截面（图6），结构外形与钢箱梁保持一致。

梁高3.3m，箱全宽38m，顶面宽36m，顶底板厚0.25m，内腹板厚为0.4m，外腹板与风嘴相结合，形成锚固斜拉索的实体结构在斜拉索锚固处及两斜拉索之间均设一道厚0.35m的横梁，横梁间距4m混凝土箱梁位于岸上，采用支架节段现浇施工方案，共浇注C50混凝土8164 m3图6 混凝土主梁断面图中跨钢箱梁长296.75m，采用正交异性板组成的全焊箱形结构，材料为Q345C梁高3.3m，梁宽38m，标准节段长16m，节段吊装重约269吨钢箱梁顶板厚14mm，其板下设8mm厚U型纵肋加劲，间隔600mm；底板及下斜腹板厚12～16mm，其板上设6mm厚U型纵肋加劲，间隔800mm；纵向外腹板厚28~40mm，间距为34.4m，其上与斜拉索下锚点的锚拉板对接焊连；内腹板间距14.7m，除钢混接合段及边墩附近无索区段为12mm厚实腹式板外，其余为空腹式结构横隔板间距3.2m，板厚10mm（拉索锚固处作适当加强）,钢主梁断面见图7接合段的钢箱梁套在预应力混凝土箱梁之外，其上、下翼缘板和端面板通过抗剪焊钉以传递剪力；其端面板利用混凝土箱梁内的纵向预应力束加以锚固，以产生预压传递弯矩；而两种梁体在刚度上的突变，则由在钢箱梁上、下翼缘板的U型加劲肋上加焊T型肋并逐渐变高而得到缓解。

钢箱梁施工采用船运就位，桥面吊机提升，全断面焊接的悬拼方案图7 钢主梁断面图箱梁进行了节段模型和全桥模型的数值风洞试验，最长单悬臂施工状态颤振临界风速大于115m/s，成桥态颤振临界风速大于157m/s，满足抗风稳定性要求2.4 斜拉索斜拉索按空间双索面扇形布置，全桥共84根，塔上标准索距1.8～2.0m，钢箱梁上索距16m，混凝土梁上索距8m拉索采用（109～283）φ7镀锌高强钢丝成品索，外面热挤两层高密度PE防护材料，为防拉索振动，在索表面缠绕防风雨振螺旋线，在索的锚固出口套管处设高阻尼橡胶减震圈，在梁上设外置式液压阻尼器斜拉索与钢箱梁的锚固采用锚拉板结构，与混凝土梁及塔的锚固采用凸齿块结构全桥高强钢丝用量1053000kg2.5 施工控制施工控制采用自适应方法，大部分拉索索力采用一次张拉到位，索力最大误差按5%控制，位移最大误差按±2cm控制3 主要技术特点和创新点在倒Y形上塔柱的两个分离塔柱之间设置开设椭圆景观孔的三道连接横梁，在上塔柱转折处设大半径圆曲线，不但传力顺畅，而且造型新颖、优美，具独创性；钢箱梁横隔板采用实腹式，内纵腹板采用空腹式结构，与结构空间的受力要求相适应，既保证了横向刚度而有利于施工，又减少了纵腹板的用材而节约了造价；基于目前有限元程序的块体单元仿真分析大多处在局部构件的分析上，仅能指导桥梁局部构件的设计，而且局部模型的边界条件和截面内力加载难以精准。

因此本桥通过进行施工与使用阶段全过程各工况的三维有限元仿真分析，以便对主桥各部位在各阶段的空间受力行为：包括主梁和主塔在各纵断面和横断面的应力分布，预应力与斜拉索索力的传递、预应力与斜拉索锚固处的应力集中，钢箱梁锚拉板的应力分布，钢与混凝土结合段的应力分布、塔墩梁固结处的应力分布、塔冠锚固区及开孔区的应力分布，主梁横隔板开孔区、支座范围等处的应力状况有一个全面清晰的了解；再据此研究恒活载应力集中效应、活载偏载效应、剪力滞效应等，以调整纵横向平面计算中的荷载分布系数，校核纵横向平面模型的计算结果，并根据计算结果对结构设计进行优化，使结构设计经济合理；以确保钢箱梁锚拉板及钢砼接头等关键部位受力合理、连接可靠；确保结构的整体和局部在施工及使用阶段的安全性同时通过分析研究主塔横梁分三次施工及主塔节段施工过程中的塔应力分布状况，为主塔横梁预应力分批张拉、主塔施工中拉杆及横撑的设置提供可靠的依据锚拉板是联系东沙大桥钢箱梁与斜拉索的关键部位，在集中的斜拉索拉力作用下，锚拉板的应力异常复杂传统锚拉板设计是将锚拉板直接焊于桥面板上，通过桥面板再将索力传至腹板，因此要求与锚拉板进行十字焊接的桥面顶板具有Z向抗撕裂的材质要求，而且焊接工艺要求高、检验项目多、造价高，制约了锚板式拉索锚固体系的推广使用。

针对这些缺点，本桥进行了改进与优化，即将钢箱梁的纵腹板伸出箱梁顶板之上，与锚拉板直接对焊，以解决在主要受力方向的十字焊接构造问题，使钢箱梁顶板无需Z向抗撕裂材质要求，降低材料的采购和检验费用在通过静动载试验以及全桥仿真的对比分析之后成功应用于东沙大桥，优化的锚拉板结构提高了结构受力的可靠性，节省了工程费用，并为以后同类桥梁起到参考借鉴的作用参 考 文 献[1] 广东省公路勘察规划设计院有限公司. 广州东沙至新联高速公路工程S01合同段三阶段施工图设计. 2005年11月.[2] 广东省公路勘察规划设计院有限公司,华南理工大学. 东沙大桥有限元仿真分析报告. 2006年11月.[3] 西南交通大学. 东沙大桥主跨斜拉桥锚拉板模型动静载试验分析报告. 2006年9月. 1. 作者简介梁立农，广东省公路勘察规划设计院有限公司，总工程师，教授级高工，工学博士，享受国务院政府特殊津贴专家，交通部新世纪十百千人才工程第一层次人选，主要从事大跨度桥梁设计研究，主持或参与番禺大桥等多座桥梁设计，：37393183.代希华，广东省公路勘察规划设计院有限公司，副总工程师，高级工程师，工学硕士，主持或参与江肇西江大桥等多座桥梁设计，：37393174.第 3 页 共 6 页。