通明海特大桥主桥设计与分析

王兹刚

（广东省交通规划设计研究院股份有限公司）

通明海特大桥主桥设计与分析

王兹刚

（广东省交通规划设计研究院股份有限公司）

通明海特大桥主桥采用双塔双索面组合梁斜拉桥结构形式，跨径布置为（146+338+146）m。本文对该桥设计、计算分析进行了介绍。

通明海；双塔双索面；组合梁；斜拉桥；设计

1　工程概述

通明海特大桥是位于湛江东海岛至雷州高速公路主线上的特大型桥梁，跨越通明海域。桥梁全长5755m，跨径布置为23×25m+11×50m+（146+338+146）m+71× 50m+18×25m，引桥由25m跨的先简支后桥面连续预制小箱梁和50m跨的现浇连续箱梁组成，主桥采用双塔双索面组合梁斜拉桥结构形式。

2　技术标准

⑴公路等级：高速公路；

⑵行车道数：双向6车道；

⑶行车速度：100km/h；

⑷汽车荷载标准：公路-Ⅰ级；

⑸桥宽：整体式路基33.5m，桥梁与路基同宽；

⑹地震烈度：设计基本地震加速度为0.1g，基本烈度Ⅶ度；

⑺桥址处设计风速：54m/s；

⑻设计洪水频率：1/300；

⑼通航标准：3000t海轮，双孔单向通航，270× 28m。

3　结构设计

3.1总体布置

通明海特大桥初步设计阶段，针对主桥提出了双索面组合梁斜拉桥和单索面组合梁斜拉桥两种方案进行了经济技术比较。单索面造型美观，行车舒适度高于双索面；然而其抗风稳定性不如双索面，而桥址处基本风速达到54m/s，抗风设计要求较高。因此，本桥主桥最终选取了双索面组合梁斜拉桥结构形式。

通明海特大桥主桥跨径布置为146m+338m+146m，结构体系采用半漂浮体系。塔梁间及过渡墩处分别各设置2个单向支座，横向约束，纵向可自由活动。

桥梁结构布置如图1所示。

图1　桥型布置图（单位：cm）

主塔上拉索间距为2m；主梁上拉索间距标准梁段为10.5m，边跨尾索区为5.8m。边跨距梁端33m范围内配置不同重量的压重以平衡边、中跨结构重力。

3.2主梁设计

主梁采用钢-混凝土组合梁，为改善主梁抗风稳定稳定性而设置了风嘴。主梁主要轮廓尺寸为：含风嘴全宽约 38.5m，不含风嘴顶板宽 36m，底板宽为（5.52+3.45+3.45+5.52）m，中心线处高度3.2m（不含铺装）。

钢梁主要构造如下：

⑴上翼缘板

上翼缘板包括外腹板上翼缘板、中腹板上翼缘和横隔板上翼缘板。其中外腹板上翼缘宽为600mm；中腹板上翼缘宽为800mm；横隔板上翼缘顺桥向宽度为600mm；厚度全部采用24mm。

⑵底板及其加劲肋

底板包括水平底板和斜底板两部分，根据受力需要，水平及斜底板在顺桥向不同区段采用了18mm、22mm、24mm、28mm四种不同的钢板厚度。

底板采用U型加劲肋加劲，基本间距800mm。加劲肋厚度6～8mm。

⑶外腹板及其加劲肋

外腹板厚均为32mm。为保证其具有足够的抗压屈能力，设置了两道200×20mm水平板式加劲肋。

⑷中腹板及其加劲肋

中腹板厚为18mm，在过渡墩、索塔附近加厚至22mm、28mm。为保证其具有足够的抗压屈能力，设置了5道200×14mm水平板式加劲肋。

⑸横隔板

横隔板标准间距为3.5m，保证钢箱梁具有足够的横向刚度、抗扭刚度，保证施工期间桥面吊机及运营荷载产生的局部变形及应力要求。非拉索处横隔板厚12mm，拉索吊点处厚16mm，支座处横隔板厚28mm。

关于陆九渊的学术思想演变，学界研究得不多。现代学者大多赞同李绂之观点，以为象山学始终一贯，早中晚期无多大的学术思想转变。①或如程敏政、黄宗羲等泛谈早晚，实则以此会同朱陆，乃至以陆附朱，并无对陆九渊早中晚之学术思想演变有完整翔实客观之分析。②其实陆九渊自有早中晚之思想与际遇，其学亦随之有早中晚之演变：盖三十岁前为萌芽期，三十岁至四十九岁为成熟期，五十岁及其以后为发展期，早中晚三期的学术思想有较大的变化。兹做一番象山学演变之考究，不仅能够还原一代哲人学术思想之演变历程，且能还原象山学之客观真相，或能修正象山学界之研究。

混凝土桥面板厚度28cm，与钢梁连接处为40cm厚，为满足受力需要，混凝土桥面板设置纵向预应力。

主梁横断面如图2所示。

图2　主梁横断面（单位：cm）

主梁标准阶段长度10.5m，边跨尾索区节段长度为5.8m。施工采用整体吊装，即钢梁和混凝土板完成叠合后运至桥位处整体吊装。其中，桥面吊机吊装最大吊装重量约为480t，浮吊吊装最大起吊重量约536t。

梁上拉索锚固形式采用锚拉板锚固形式。

3.3主塔设计

索塔采用钻石形，分为塔座、下塔柱、下横梁、中塔柱、上横梁、上塔柱及塔冠五个部分。索塔总高121.338m；其中中上塔柱高95.6m，下塔柱高25.738m。索塔在桥面以上高度为87.992m，高跨比为0.358。

塔柱采用空心箱形断面，上塔柱锚固区塔壁厚度为横桥向0.80m、顺桥向为1.20m；中塔柱非锚固区壁厚为横桥向有0.8及1.1m两种，顺桥向1.2m；下塔柱塔壁厚为横桥向1.0m，顺桥向1.2m。

中、上塔柱截面顺桥向宽度为6.5m，横桥向宽度为3.8m。下塔柱截面顺桥向宽度由6.5m渐变到9m，横桥向宽度由5.04m渐变到8m。

主塔结构如图3所示。

图3　主塔结构图（单位：cm）

塔上拉索锚固采用环向预应力锚固形式。

3.4拉索设计

通明海特大桥主桥斜拉索采用强度为1770MPa的平行钢丝，全桥共8×15=120根斜拉索，最长约179m，最大规格为PES7-313，单根最大重量约为17.4t。

为使拉索的风雨激振和涡激振动得到抑制，本桥采用阻尼器、气动措施并用的综合减振方案。

图4　约束体系图（单位：cm）

3.5约束体系

由于本桥跨越通明海域，采用高桩承台基础，考虑冲刷后自由桩长较长；同时，桥址位于Ⅶ度区，场地特征周期较长，重现期2000年时特征周期达到1.1s，这些都给桥梁结构的抗震设计带来巨大的挑战。设计阶段对纵、横向分别采取不同的抗震方案进行对比。纵向对无装置、粘滞阻尼装置、钢阻尼装置进行了对比，横向对粘滞阻尼装置、钢阻尼装置、双曲面减隔震支座装置进行了对比。最终采用了纵向粘滞阻尼、横向钢阻尼的减隔震方案。纵向采用粘滞阻尼不仅降低了结构纵向地震力，而且有效降低主梁纵向地震位移和支座的纵向变形；横向采用钢阻尼装置有效减小了主塔、过渡墩横向地震力，并同时降低桩基内力值，解决了高桩承台桩基受力的难题。

本桥约束体系如图4所示。全桥采用半漂浮体系，塔梁间及过渡墩处均采用单向支座，纵向自由，横向约束。每个塔梁间设置4个纵向粘滞阻尼，全桥共8个；每个塔梁间及每个过渡墩处均设置2个横向钢阻尼，全桥共8个横向钢阻尼装置。

3.6防撞设计

防撞设计采用了“复合材料防撞套箱+柔性护弦/护板”的防撞方案。本防撞方案对桥梁通航孔两侧的33、34、35、36、37和38号桥墩进行防撞设计。35和36号主墩现有结构抗力满足抗撞要求，而33、34、37和38号墩现有结构抗力不足以抵抗船舶撞击。因此，对35和36号主墩，防撞设置主要起到警示和防局部刮擦的作用；对抗力不足的33、34、37和38号墩，需采取可靠的防撞措施。具体措施如下：

⑴根据安全评估结果，通明海特大桥主墩在正常运营工况及台风工况下均为低风险，且自身抗力大于设防船撞力，原则上可采用结构自身抗撞。但主墩离航道边缘距离近，年碰撞概率较其他桥墩明显偏大，主墩周围增设警示防撞护板，以避免主墩局部损坏，同时也可降低碰撞事故中的船舶损伤。

⑵过渡墩（34#、37#）在正常运营工况下处于中风险，台风工况下处于高风险，且自身抗力小于设防船撞力，现有结构自身抗力不足。过渡墩采用增设柔性防撞设施，以满足防撞需求。

⑶临近过渡墩的引桥桥墩在正常运营工况及台风工况下自身抗力均小于设防船撞力，现有结构自身抗力不足。对于临近过渡墩的2个引桥桥墩（33#、38#），采用增设柔性防撞设施，以满足防撞要求。

4　结语

通明海特大桥跨越通明海域，连接东海岛与雷州半岛。初步设计阶段对主桥进行方案比选，从抗风、抗震角度对双索面组合梁斜拉桥和单索面组合梁斜拉桥进行技术比较，最终采用双索面组合梁方案。

通明海特大桥主桥跨径布置为（146+338+146）m，采用半漂浮体系。主塔采用钻石型，索塔总高121.338m；其中中上塔柱高95.6m，下塔柱高25.738m。拉索锚固采用环向预应力，拉索布置间距2m。

主梁采用PK断面。梁宽38.5m（含风嘴），中心线处梁高3.2m（不含铺装层）。标准梁段10.5m，拉索锚固采用锚拉板形式。

目前，通明海特大桥桥已完成设计，准备开工建设。●

［1］杨喜文，张文华，李建中.大跨度斜拉桥横桥向减震研究［J］.地震工程与工程振动，2012，32（1）：86-92.

［2］刘士林，王似舜.斜拉桥设计［M］.人民交通出版社，2006.

［3］中国公路学会桥梁和结构工程分会.面向创新的中国现代桥梁［M］.人民交通出版社，2009.