【摘要】本文概要介紹了夷陵長江大橋三塔斜拉橋上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)特點(diǎn)．并對(duì)設(shè)計(jì)中的一些特殊技術(shù)問題及所采取的相應(yīng)技術(shù)措施進(jìn)行了介紹。
【關(guān)鍵詞】夷陵長江大橋
三塔斜拉橋 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
一、工程概況
夷陵長江大橋位于湖北省宜昌市，跨越長江，是聯(lián)系宜昌市南、北兩岸的城市橋梁。橋位距葛洲壩水利樞紐大壩下游約7.6km，橋址區(qū)江面寬約800m，最大水深約23m。
夷陵長江大橋經(jīng)初步設(shè)計(jì)確定采用單索面三塔混凝土加勁梁斜拉橋方案，跨徑布置為（38.0+38.5+43.5）+348+348＋（43.5+38.5+38.0）=936（m），其主跨達(dá)348m，是目前國內(nèi)最大跨度的三塔斜拉橋，也是目前世界上最大跨度的三塔混凝土加勁梁斜拉橋。
該橋斜拉橋目前已完成基礎(chǔ)施工。三個(gè)主塔正在施工中。主梁頂制和現(xiàn)澆工作也全面展開，預(yù)計(jì)200l年7月1日建成通車。
二、主要技本標(biāo)準(zhǔn)
1.荷載：汽——超20設(shè)計(jì)，掛——120檢算，人群荷載3.5kN/平方米；
2.設(shè)計(jì)車速：60km/h；
3.橋面寬度：公路四車道，兩側(cè)各2.0m寬人行道；
4.坡度：全橋位于豎曲線上，橋面處半徑R＝18725.9m，橋面設(shè)1.5％雙面橫坡；
5.通航標(biāo)準(zhǔn)：凈高18m，凈寬≥125m；
6.地震基本烈度：6度；
7.風(fēng)速：V10=23.53m/s。
三、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
l．結(jié)構(gòu)布置
斜拉橋縱向布置為：120+348+348+120=936m，其中120m邊跨又分為三個(gè)小跨，即
38+38.5+43.5=120（m）。
橋梁全寬23.0m，中央索區(qū)寬3.0m，兩側(cè)人行道寬各2.0m，邊欄桿寬0.25m，即0.25（邊欄桿）＋2.0（人行道凈寬）+7.75（車行道）＋3.0（中央索區(qū)）＋7.75（車行道）+2.0（人行道凈寬）＋0.25（邊欄桿）=23.0m。全橋主梁等高，架高3.0m。寬跨比為1：15，高跨比為1：116。
全橋3個(gè)主塔塔高不等，兩邊塔結(jié)構(gòu)相同，中塔高于邊塔。主塔采用鉆石型鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，邊、中塔自承臺(tái)頂以上高度分別為106.5m，126.0m。塔身均為單箱單室或單箱雙室截面。
本橋?yàn)閱嗡髅嫘崩瓨颍崩髦糜跇蛎嬷醒耄瑪嗝嫔厦總€(gè)編號(hào)的斜拉索均由兩根組成，間距1.2m。梁上索距主跨8m，邊跨5.5m，塔上索距約為1.6m。每個(gè)邊塔上布置了18對(duì)斜拉索，中塔上布置了23對(duì)斜拉索，全橋共236根斜拉索。
斜拉橋立面布置見圖1。
2.支承體系
全橋除三個(gè)橋塔及兩個(gè)邊墩之外，還沒有四個(gè)輔助墩，四個(gè)輔助墩均為獨(dú)柱墩，設(shè)于橋中線處，每墩設(shè)一個(gè)縱向活動(dòng)支座。每個(gè)邊墩處均設(shè)兩個(gè)縱向活動(dòng)支座，其橫橋向間距12m。每個(gè)邊塔處各設(shè)兩個(gè)縱向活動(dòng)支座，其橫橋向間距10.4m。中塔處為塔梁固結(jié)。兩個(gè)邊墩、兩個(gè)邊塔和中塔處的豎向支承共同組成全橋的抗扭支承體系。
在各邊墩、邊塔處設(shè)有橫向支座，起抗風(fēng)、防震、限位作用。
3.主塔
主塔采用鉆石型鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，中、邊塔縱向尺寸分別為7.0m，5.5m。主塔分上塔往、中塔柱、下塔往三部分。上、中塔柱為單箱單室截面；下塔柱采用單箱雙室截面，見圖2。
5.主梁
（1）主梁構(gòu)造
主梁采用單箱三室截面，三向預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)。主梁全橋外輪廓尺寸一致，梁高30m，頂板寬2．30m，底板定5.0m，
兩側(cè)懸臂板懸臂長度3.5m。主梁邊跨長約90m區(qū)段為壓重段，壓重集度約40t／m。
主梁邊跨與邊塔處0號(hào)決共長131m，均采用膺架現(xiàn)澆施工。中塔處0號(hào)塊現(xiàn)澆長度22m。兩主跨主梁采用預(yù)制懸拼施工。
主梁預(yù)制是拼梁段間隔40m左右設(shè)一道50m寬濕接縫．其余均為干接縫。除合龍段外，一個(gè)348.0m的主路共設(shè)
7個(gè)0.5m寬濕接縫。兩個(gè)濕接縫間長約40m的梁段要求在同一臺(tái)座上預(yù)制，預(yù)制塊件的匹配性要好。以使減小懸拼的施工誤差。施工累積誤差通過溫接縫及時(shí)消除，盡量避免通過墊片調(diào)整線型，這是保證大跨預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋懸拼施工質(zhì)量的重要技術(shù)措施。
梁體預(yù)制塊長度分別為4.0m，3.5m（有濕接縫處），預(yù)制塊均為等截面，頂板厚22cm，底板厚35cm，合龍?zhí)?m長梁體因?yàn)榭v向預(yù)應(yīng)力束起彎，底板厚度增至40cm。直腹板厚28cm，斜腹板厚20cm，懸臂板根部厚45cm，最外側(cè)厚16cm，一個(gè)預(yù)制塊件頂板設(shè)8個(gè)剪力鍵（槽），直腹板設(shè)6個(gè)、斜腹板設(shè)2個(gè)。濕接縫兩端梁體不設(shè)剪力鍵（槽）。
中塔處主梁截面局部加強(qiáng)，頂板厚50cm，底板厚60cm，直腹板厚60cm，斜腹板厚40cm。主梁與中塔相交處，沿周邊（頂板除外）設(shè)100*20cm倒角。
邊跨現(xiàn)澆段因設(shè)壓重、輔助墩，截面變化較多，其一般截面如下：頂板厚25cm，底板厚45cm，在膠板厚38cm，斜腹板厚32cm。
主梁采用55號(hào)混凝土。主梁斷面見圖3。
（2）主梁預(yù)應(yīng)力體系
主梁采用三向預(yù)應(yīng)力體系：
四、計(jì)算分析
1.靜力計(jì)算
采用我院自編斜拉橋?qū)Ｓ梅治鲕浖﨎CSA和斜拉橋安裝計(jì)算軟件SCDS，進(jìn)行本橋的計(jì)算分析。兩個(gè)軟件均有按不同加載齡期自動(dòng)計(jì)算混凝土收縮徐變的功能。
（l）成橋運(yùn)營計(jì)算
計(jì)算內(nèi)容包括恒載、支點(diǎn)沉降、活載及制動(dòng)力、溫度力、靜風(fēng)力等。活載非線性影響按10％計(jì)算。
溫度力擬定如下：
體系溫度：±20℃：
索、梁（塔）溫差：±15℃；
塔左、右側(cè)溫差：±5℃；
主梁頂板升溫：＋5℃。
（2）安裝計(jì)算
按結(jié)構(gòu)形成過程計(jì)算了主要控制階段：邊跨與0號(hào)塊主梁現(xiàn)澆施工；邊塔河側(cè)最大單伸臂，中塔處最大雙伸臂；主跨合龍；合龍后上二期恒載。成橋運(yùn)營計(jì)算是在安裝計(jì)算最后形成的成橋狀態(tài)的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。
（3）安裝控制計(jì)算
計(jì)算內(nèi)容包括施工不平衡荷載、靜風(fēng)力等。其中施工不平衡荷載接相差一個(gè)節(jié)段考慮。共計(jì)算了最大單、雙伸臂兩種狀態(tài)。
（4）主梁最大扭轉(zhuǎn)角
在主梁一側(cè)滿布活載（另一側(cè)空載），主梁最大扭轉(zhuǎn)角約為
0.009rad，相當(dāng)于1％的橫坡，結(jié)果表明本橋雖為單索面斜拉橋，由于采用抗扭剛度很大的閉合箱梁，主梁扭轉(zhuǎn)不影響行車安全，結(jié)構(gòu)受力亦有可靠保證。
2.動(dòng)力分析
橋址區(qū)地震基本烈度為6度，地震荷載不控制設(shè)計(jì)，動(dòng)力問題主要集中在橋梁抗風(fēng)性能研究上。為此，進(jìn)行了主梁節(jié)段模型風(fēng)洞試驗(yàn)研究和最大雙伸臂施工狀態(tài)氣彈模型風(fēng)洞試驗(yàn)研究，研究結(jié)果表明：成橋狀態(tài)和施工狀態(tài)的顫振臨界風(fēng)速均遠(yuǎn)大于相應(yīng)的顫振檢驗(yàn)風(fēng)速，無論在成橋狀態(tài)還是施工階段本橋均有足夠的抗風(fēng)穩(wěn)定性；施工階段因抖振和渦激振動(dòng)產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)內(nèi)力不大，均小于成橋運(yùn)營階段結(jié)構(gòu)內(nèi)力，本橋在施工階段無需臨時(shí)抗風(fēng)措施。
五、特殊問題及相應(yīng)技術(shù)措施
1.橋梁體系剛度
三塔斜拉橋由于其中間塔無尾索及錨墩來有效限制它的塔墩位移，結(jié)構(gòu)柔性較雙塔斜拉橋更大，一般認(rèn)為需對(duì)中塔進(jìn)行加強(qiáng)或加勁才能使結(jié)構(gòu)滿足要求。本橋?yàn)槿崩瓨颍谧畲蠡钶d作用下，其撓跨比約為1：950，可見本橋具有較好的剛度，無需采取任何加勁措施，原因如下：
（l）邊跨設(shè)兩個(gè)輔助墩，為三跨連續(xù)結(jié)構(gòu)，每跨跨徑約為40cm，邊跨變形非常小，充分發(fā)揮了邊跨錨索的尾索效應(yīng)，大大提高了結(jié)構(gòu)體系剛度。
（2）主梁采用混凝土梁，自重較大，相應(yīng)斜拉索面積也較大。斜拉索用量的增加對(duì)提高體系剛度作用甚大。
加設(shè)輔助墩和采用混凝土主梁是本橋獲得較大體系剛度的最有效措施。如果取消輔助墩，除非采取其它的加勁措施，否則因梁塔在活荷載作用下將產(chǎn)生過大的內(nèi)力而使方案難以經(jīng)濟(jì)合理地實(shí)現(xiàn)。如果采用鋼主梁，即使設(shè)有輔助墩，因主梁重量大幅降低，相應(yīng)斜拉索用量減少，體系剛度下降，難以實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)上的合理性。適當(dāng)?shù)臉蛄后w系剛度還可以減小基礎(chǔ)受力。可見，橋梁體系剛度是三塔斜拉橋設(shè)計(jì)中的最關(guān)鍵問題，夷陵長江大橋設(shè)計(jì)就是從研究橋梁體系剛度入手，通過結(jié)構(gòu)的合理選配，取得最經(jīng)濟(jì)合理的結(jié)果。
2.主跨合龍
本橋全長936m，對(duì)中塔呈對(duì)稱布置，中塔處為全橋縱向變形零點(diǎn)，主跨跨徑348m，邊塔距變形零點(diǎn)即為348m，就邊塔而言，其受溫度、收縮徐變等影響作用的主梁長度相當(dāng)于主跨約700m的二塔斜拉橋。
在本橋計(jì)算分析過程中發(fā)現(xiàn)張拉合龍來及其后的收縮徐變變形對(duì)斜拉索索力、主梁及主塔受力均產(chǎn)生顯著不利影響。在主梁合龍之前先張拉部分合龍束，合龍之后再張拉其他合龍束，可大大減小這種不利影響。
合龍程序的這種特殊處理可能在別的斜拉橋上無關(guān)緊要，對(duì)于本橋，卻成為一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)措施。
3.主跨體外預(yù)應(yīng)力
單索面斜拉橋一般采用抗扭剛度較大的閉合型主梁。對(duì)于混凝土主梁，倒梯形截面因其經(jīng)濟(jì)合理性用得最為普遍，本橋亦不例外。從結(jié)構(gòu)受力需要確定的底板寬度本橋僅有5m，只能布置有限的預(yù)應(yīng)力，體內(nèi)預(yù)應(yīng)力過于密集使混凝土澆注質(zhì)量難以保證，還易引起應(yīng)力集中。本橋底板寬度5.0m，已能滿足受力需要，因主跨正彎短較大，如果全部布置體內(nèi)預(yù)應(yīng)力，必須加大底板寬度，這種因由構(gòu)造上的要求而加大主梁截面尺寸是不合理的，另外還將引起斜拉索、主塔、基礎(chǔ)相應(yīng)加大，將導(dǎo)致非常不經(jīng)濟(jì)的結(jié)果。因此，本橋采用體外預(yù)應(yīng)力束來解決這一矛盾。
體外預(yù)應(yīng)力具有不需預(yù)埋孔道、不需壓漿、易保證施工質(zhì)量、易維護(hù)、可更換等優(yōu)點(diǎn)；結(jié)合本橋受力特性，體外預(yù)應(yīng)力的應(yīng)用是一次有益的嘗試。
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