柳 杰，高恩全，杨成峰

（1.舟山市交通运输局，浙江舟山 316021；2.浙江省交通规划设计研究院，浙江杭州 310006）

1 项目背景及工程概况

舟山市富翅门大桥工程起点位于甬舟高速富翅互通，设定向匝道接甬舟高速，路线起点桩号K0+000，改造富翅互通后，削东侧山体设富翅互通收费站，设特大桥跨越富翅门水道，终于岑港镇涨次村南侧，终点处设岑港互通与北向疏港公路和拟建329 国道舟山段改建工程相接，终点桩号K1+940，路线全长1.94 km。

本项目的实施，对充分发挥甬舟高速功能，实现甬舟高速与329 国道以及北向疏港公路的快速高效连接，促进舟山市中、北部地区尤其是北部沿海地区海洋经济的的快速发展意义重大。

2 工程设计标准

（1）公路等级：一级公路。

（2）设计荷载：公路—Ⅰ级。

（3）设计速度：80 km/h。

（4）梁宽度：主桥26 m，引桥2×11.75 m。

（5）设计洪水频率：特大桥1/300，大中桥、小桥、涵洞及路基1/100。

（6）地震：地震动峰值加速度为 0 .1 g（10%，50 a），抗震烈度7 度。

（7）通航水位：最高通航水位+3.15 m，最低通航水位-1.96 m（国家85 高程系统）。

（8）通航净空见表1。

（9）设计基本风速：设计风速按规范取值，V10=40.5 m/s。

其它技术指标：均按现行公路及桥梁设计规范、规程、标准、定额执行。

表1 桥梁通航净空尺度表

3 设计原则

（1）坚持桥梁建设与地方城市规划发展相协调，满足当地政府规划发展的建设需求。

（2）在借鉴世界上大型桥梁工程的建桥实例及成败经验的基础上，充分吸取建桥新理论、新材料、新工艺和先进经验，全面贯彻“安全、适用、经济、美观”[1]的技术方针，并充分体现“以人为本”的科学发展观。

在各种荷载作用下，桥梁结构绝对安全（可靠及安全性）；满足近期和远期的交通量（适用性）；节省工程投资（经济性）；耐久且美观。

（3）在满足桥梁使用功能和桥下通航要求的前提下，实现资源整合利用、功能多样、完善的目的，以节约海域资源，不破坏或少破坏稀缺航道和码头为目标，最大限度地减少施工对海域的影响。

4 技术经济比较

（1）方案一，双塔结合梁斜拉桥为单索面斜拉桥，跨径布置为57 m+108 m+340 m+108 m+57 m=670 m，采用漂浮体系。边中跨比为0.485，边跨设置一个辅助墩，辅助墩距边墩的距离与边跨之比为0.345。主塔高为120 m，桥面以上塔高约为98 m。斜拉索采用中央索面布置，索面间距为2.0 m，梁上标准索间距为8.0 m。

钢－混凝土结合主梁采用单箱三室箱形截面，标准节段主梁顶板宽26 m，底板宽14.76 m，中心线处梁高3.5 m，顶面设置2.0%双向横坡。主梁由钢主梁和混凝土桥面板两部分组成，见图1。

图1 方案一主梁一般断面图（单位：mm）

（2）方案二，双塔混泥土梁斜拉桥为单索面斜拉桥，跨径布置为58 m+107 m+340 m+107 m+58 m=670 m，采用漂浮体系。边中跨比为0.485，边跨设置一个辅助墩，辅助墩距边墩的距离与边跨之比为0.351。主塔高为120 m，桥面以上塔高约为98 m。斜拉索采用中央索面布置，索面间距为2.0 m，梁上标准索间距为7.0 m，边跨尾索区段索间距为6.5 m。

主梁为单箱三室倒梯形截面，三向预应力混凝土结构，中心梁高3.5 m。主梁由顶板、底板、斜腹板、竖腹板、悬臂板及横隔板组成，标准断面顶板厚27 cm，底板厚35 cm，竖腹板厚度34 cm，斜腹板厚度25 cm，悬臂板根部厚50 cm，端部厚20 cm，悬臂长350 cm，见图2。

图2 方案二主梁一般断面图（单位：cm）

（3）方案三，独塔钢箱梁斜拉桥方案跨径布置为72 m+168 m+340 m=580 m，采用固定支承体系，主塔处设置固定支座+纵向约束装置以及横向抗风支座，辅助墩及过渡墩处均设置竖向支座。边主跨比为0.706，桥面以上塔高为130 m，高跨比为0.382。斜拉索采用空间双索面布置，标准索间距为16.0 m，边跨靠近尾索区索间距为7.5 m。

钢箱梁全宽29 m，顶面宽27 m，桥面设2%的双向横坡，两侧配有风嘴，桥梁中线处梁高3 m，为流线型闭合式箱形截面，见图3。

图3 方案三主梁一般断面图（单位：m）

拟定的三种桥型方案均满足主航道的通航要求，具有结构新颖，技术先进，施工工艺成熟，安全可靠的特点，均采用现代化的施工技术，是能适应桥位环境的桥型方案。在对双塔结合梁斜拉桥、双塔混凝土梁斜拉桥和独塔钢箱梁斜拉桥三种方案进行同等深度分析、研究的基础上，综合比较见表2。

经综合比较，方案一双塔结合梁斜拉桥具有景观效果好、施工风险低、施工工期短和结构耐久性好等优点，主桥推荐采用方案一：57 m+108 m+340 m+108 m+57 m 双塔结合梁斜拉桥。

5 构造设计

（1）主梁

钢－混凝土结合主梁采用单箱三室箱形截面，标准节段主梁顶板宽26 m，底板宽14.76 m，中心线处梁高3.5 m，顶面设置2.0%双向横坡。主梁由钢主梁和混凝土桥面板两部分组成，见图4。

钢主梁中心线处梁高2.95 m，底板宽14.76 m，顶板全宽18.8 m，由斜腹板、纵隔板、底板组成开放式单箱三室结构。斜腹板厚度为20 mm，纵隔板厚度为24 mm，底板厚为16 mm。

钢主梁设置横隔板，标准间距为4 m，厚为16 mm，横隔板中间开孔并用H 型钢连接形成支撑结构。主梁钢材均采用Q345qD。

混凝土桥面板两侧悬臂长度各为4 m，悬臂板端部厚度为20 cm，边腹板顶80 cm 宽和中箱直腹板360 cm 宽的厚度为55cm，边箱跨中顶板厚度为28 cm，长度380 cm，两边板厚变化段长度150 cm。在钢主梁横隔板处桥面板的厚度均增至55 cm，以方便钢主梁和混凝土桥面板的连接。桥面板均采用C60 混凝土，相邻节段间混凝土桥面板现浇接缝采用C60 微膨胀混凝土，见图5。

桥面板通过剪力钉与钢主梁、横隔板顶板进行连接。剪力钉采用Ф22 mm 圆头焊钉，高度200 mm。根据不同的受力需要，剪力钉布置采用150～300 mm的间距。

（2）主塔

主塔采用倒Y 钻石形钢筋 混凝土结构。上塔

柱采用单箱双室矩形截面，高度49.9 m，外轮廓尺寸为700 cm×700 cm，顺桥向壁厚为120 cm，横桥向壁厚为80 cm，内壁壁厚为70 cm。中塔柱采用单箱单室矩形截面，高度50.1 m，外轮廓尺寸为700 cm×400 cm，顺桥向壁厚为120 cm，横桥向壁厚为80 cm。下塔柱采用单箱单室矩形截面，高度20 m，顺桥向宽度为700 cm，横桥向宽度400～650 cm，纵横向壁厚均为120 cm。主塔采用C50 海工混凝土。

表2 方案综合比较表

图4 双塔结合梁斜拉桥桥型图（单位：m）

图5 混凝土桥面板构造图（单位：m）

（3）基础

主塔承台采用尖圆形，以利水流并减少基础所受的波流力，同时有利于抵抗船舶撞击。纵桥向宽21.4 m，横桥向43.8 m，厚度为6.5 m，承台底设2 m 厚的封底混凝土；承台下布置30 根直径为2.5 m的钻孔灌注桩，按嵌岩桩设计，以中风化含角砾凝灰岩为桩端持力层。承台采用C40 海工混凝土，桩基采用水下C35 海工混凝土。

6 力学性能分析

（1）静力分析

主桥静力计算采用结构计算软件MIDAS/Civil 2006（以下简称MIDAS）建立空间有限元模型。主梁、桥塔采用空间梁单元模拟；斜拉索采用空间杆单元模拟。有限元计算模型的总体坐标系以顺桥向为X 轴，以横桥向为Y 轴，以竖向为Z 轴。计算所采用的有限元模型见图6。

图6 结构离散图

整体计算采用的约束形式如下：辅助墩、边墩处主梁竖向、侧向约束；主塔处主梁竖向、侧向约束；主塔墩底部固结。

在最不利组合作用下，钢梁最大拉应力为72 MPa，最大压应力为-161 MPa，满足规范要求。混凝土桥面板在标准值最不利组合作用下，最大压应力-6.8 MPa，在短期最不利组合作用下，最大拉应力1.5 MPa，满足规范要求。

最不利组合下斜拉索最大索力5 217 kN，最大应力634 MPa，各斜拉索安全系数均大于2.5，满足规范要求。汽车活载作用下斜拉索应力幅见图7，应力幅最大值为105 MPa，各斜拉索应力幅均小于200 MPa，满足规范要求。

图7 最不利组合斜拉索索力图（单位：kN）

（2）动力性能分析

动力特性计算结果见表3。

表3 成桥阶段结构自振模态表

与主梁相关的主要振型见图8、图9。

图8 成桥状态一阶竖弯振型图（频率：0.392 4 Hz）

图9 成桥状态一阶扭转振型图（频率：0.645 5 Hz）

7 结语

本文以富翅门大桥为工程背景，先通过对双塔结合梁斜拉桥、双塔混凝土梁斜拉桥及独塔钢箱梁斜拉桥的对比分析、研究，确定双塔结合梁斜拉桥为推荐方案。然后对双塔结合梁斜拉桥的力学性能进行分析，从中可以得出以下几点结论：

（1）针对大桥所在的周边条件，提出了双塔结合梁斜拉桥、双塔混凝土梁斜拉桥及独塔钢箱梁斜拉桥三个桥梁方案。通过对这三种桥型在国内外的成功案例分析及对这三种桥型技术经济综合比较，最终确定双塔结合梁斜拉桥为推荐方案。

（2）通过对双塔结合梁斜拉桥的计算，表明主梁、主塔及斜拉索在施工和运营阶段应力均满足相关规范要求，受力状况良好。

[1] 范立础.桥梁工程[M].北京:人民交通出版社,2002.

[2] 范立础.预应力混凝土连续梁桥[M].北京:人民交通出版社,1999.

[3] JTG D60-2004,公路桥梁设计通用规范[S].

[4] JTG D62-2004,公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S].