斜拉桥及悬索桥桥型方案初步比较

1、斜拉桥及悬索桥桥型方案初步比较1.1 桥型方案设计概述东海大桥起始于上海浦东新区（原南汇区）芦潮港，北与沪芦高速公路相连，南跨杭州湾北部海域，直达浙江嵊泗县小洋山岛。全长32.5公里的东海大桥是上海国际航运中心深水港工程的一个组成部分，被上海市政府列为“一号工程”，同时东海大桥工程是上海国际航运中心洋山深水港区一期工程的重要配套工程，为洋山深水港区集装箱陆路集疏运和供水、供电、通讯等需求提供服务。由港区的集装箱陆路集疏运量的预测情况分析至2020年洋山深水港区陆路集装箱集疏运量为750万TEU，根据计算的大桥集装箱集疏运能力分析，东海大桥工程需具备双向6车道的建设规模。车辆交通的组成比例为：集

2、装箱卡车（拖挂车）85，社会车流量占15。可见港口货物运送愈加频繁，建桥已显得十分必要。1.1桥位位自然条条件1、地形、地地貌拟建东海大大桥西端端芦潮港港为沙泥泥滩地，围围海造地地形成陆陆域，属属潮坪地地貌。桥桥区海域域，海势势稳定，海海床较为为平坦，水水深一般般在812mm左右，标标高775125m。近近岸浅水水区水深深为05m（长长度约为为5000m）。大大桥东侧侧所经岛岛屿及东东端小洋洋山为一一系列面面积狭小小的岛屿屿，呈鸡鸡爪型地地貌，局局部地区区水深达达30mm。 2、气象特特征该区位于北北亚热带带南缘，东东亚季风风盛行区区，受季季风影响响冬冷夏夏热，四四季分明明，降水水充沛，气候变

3、化复杂。 （1）、气气温：多多年平均均气温11588；历历年最高高气温 37 .5；历年年最低气气温779。（2）、 降水：降水日日数 1134dd/y。 （3）风况况：实测测最大风风速 33500m/ss（风向NNNE）；风力7级大大风日数数658d/y；风风力88级大风风日数330d/y；风风力99级大风风日数约约为3dd/y。 （4）雾况况：平均均有雾日日3050 d/yy；最多多60 d/aa；最少少20 d/aa。3、水文特特征该海区的潮潮汐主要要受东海海前进潮潮波控制制，潮汐汐类型属属非正规规半日浅浅海潮型型。潮流流运动基基本形态态为每天天二涨二二落，具具有明显显的往复复流特性性。

4、NNNE向（包包含N、NNE向）水水域开敞敞，为该该海区的的强浪向向。 4、工程地地质海上段基岩岩埋藏较较深，基基岩面标标高由北北向南逐逐渐抬高高，标高高为2230mm11600m，第第四系堆堆积层厚厚度为11602200m。颗颗珠山岛岛小洋洋山段区区域受周周围蒋公公柱岛、金金鸡山、镬镬脐岛等等影响，水水动力条条件复杂杂，残留留厚度受受基底起起伏控制制，在口口门两侧侧和颗珠珠山系湾湾残留厚厚度相对对较薄，中中部残留留厚度较较大。1.3桥型型方案比比选1.3.11 确定定桥型方方案的原原则适用性桥上应保证证车辆和和人群的的安全畅畅通，并并应满足足将来交交通量增增长的需需要。桥桥下应满满足泄洪洪、

5、安全全通航等等要求。建建成的桥桥梁应保保证使用用年限，并并便于检检查和维维修。舒适与安全全性现代桥梁设设计越来来越强调调舒适度度，要控控制桥梁梁的竖向向与横向向振幅，避避免车辆辆在桥上上振动与与冲击。整整个桥跨跨结构及及各部分分构件，在在制造、运运输、安安装和使使用过程程中应具具有足够够的强度度、刚度度、稳定定性和耐耐久性。经济性设计的经济济性一般般应占有有重要位位置，经经济性应应综合发发展远景景及将来来的养护护和维修修等费用用。1.3.22确定本本桥型方方案的具具体要求求造价要求 所选选桥型力力求技术术先进，结结构有利利于通航航要求，同同时满足足工程数数量省、造造价低、投投资少、经经济合理理

6、的原则则。施工要求所选桥桥型应满满足有成成熟施工工经验、所所需施工工设备少少、工艺艺简单的的要求，以以减小施施工难度度、加快快施工进进度、节节省投资资金额、保保证施工工质量。通航要求通航孔桥的的方案设设计应满满足通航航要求，并并选用结结构安全全可靠、经经济、美美观的桥桥型。通通航孔桥桥的工程程量及规规模比非非通航孔孔桥总量量小得多多，也需需充分考考虑海上上施工的的特点。（东海大桥海上段设四处通航孔： 5000t级主通航孔一处，通航净空为300m 40m（单孔双向）；能满足10000t级船舶通行的要求； 1000t级副通航孔一处，通航净空为100m25m（双孔单向）； 500t级副通航孔二处，通

7、航净空为56m 175m（双孔单向），设置在近芦潮港侧及小乌龟岛侧）非通航孔桥桥结构型型式根据据不同区区段的条条件分别别确定，在在同一区区段结构构型式统统一，有有利于模模数化、标标准化、工工厂化制制作。1.3.33 桥位位对桥型型的制约约 桥址位于外外海，大大风、波波浪、潮潮流、寒寒潮等恶恶劣自然然条件对对施工的的影响很很大，按按目前施施工设备备抗风流流能力，全全年平均均有效施施工工作作业天数数在1880d以以下。海海域水面面开阔，百百年一遇遇H1波浪高高度达66m，最最大流速速2m/s，设设计基本本风速为为42mm/s。寒寒潮、台台风影响响频繁。海海洋强烈烈的腐蚀蚀环境对对结构耐耐久性影影响

8、很大大。1.3.44 桥型型方案所选方案应应满足经经济上合合理、施施工方便便快捷，既既要与周周围环境境相互协协调，又又要能体体现出自自身的特特点。对对于主桥桥部分，在在方案选选择时，从从国内外外已修建建的各类类型桥型型广泛入入手，对对梁式体体系、拱拱式体系系、斜拉拉体系、悬悬索体系系进行了了综合的的分析比比较，这这里只针针对拱桥桥和斜拉拉桥比选选。目前钢管混混凝土拱拱桥的跨跨径已经经超过4420米米，故在在此处建建造一座座钢管混混凝土拱拱桥在技技术及施施工上也也是合理理的；但但是由于于地质条条件较差差，无法法承受拱拱桥的推推力，如如果由地地基直接接承受水水平推力力，拱脚脚就要做做得很低低，不能

9、能满足通通航的要要求，而而且拱肋肋可能受受到船舶舶的撞击击，故此此处提出出了系杆杆拱；在在满足了了通航要要求的前前提下，上上承式的的桥拱太太扁，不不能满足足结构受受力的要要求。下下承式的的拱桥，因因为拱身身全部在在桥的上上面，看看起来很很不协调调，不能能满足美美观的要要求，故故提出了了采用无无推力中中承式的的钢管混混凝土系系杆拱的的方案。该该桥型方方案的立立面图如如图1设计中考虑虑的另外外一种桥桥型是斜斜拉桥，该该类型的的桥梁设设计、施施工工艺艺成熟。跨跨径达到到2000多米的的斜拉桥桥很容易易实现，由由于是在在海上施施工，考考虑到施施工的便便利性，采采用结合合梁斜拉拉桥，结结合梁斜斜拉桥与与

10、混凝土土斜拉桥桥和钢斜斜拉桥相相比较，施施工方便便且造价价低。并并且我国国已经有有了相当当丰富的的建设经经验，如如19991年和和19993年建建成的主主跨分别别为4223m和和6022m的上上海南浦浦大桥和和杨浦大大桥。在在斜拉桥桥的设计计规范也也着重于于混凝土土斜拉桥桥部分，但但由于结结合梁自自重力小小，相应应也减少少了钢索索用量和和基础工工程量，所所以采用用双塔单单索面钢钢和混凝凝土结合合梁斜拉拉桥。图1 立面图图1 立面图图2 立面图图2 立面图1.3.55 方案案比选基于以上分分析，提提出两种种桥型方方案进行行初步比比较，即即方案一:无无推力中中承式的的钢管混混凝土系系杆拱桥桥88m

11、m+1002m+4200m+1102mm+888m方案二:双双塔单索索面钢和和混凝土土结合梁梁斜拉桥桥73mm+1332m+4200m+1132mm+733m两种桥型的的具体布布置情况况如下：无推力中承承式的钢钢管混凝凝土系杆杆拱桥（1）、孔孔径布置置其边跨与中中跨的比比值取为为0.244, 又又由于主主跨为4420mm，故本本方案采采用1990+4420+190的布跨跨形式，对称布跨的边跨和侧跨分别为102m和88m，全桥总长800m，同时桥面设置2%的纵坡。（2）、拱拱肋横截截面形式式 钢管混凝凝土拱肋肋是主要要的承重重结构，它它承受桥桥上的全全部荷载载，并将将荷载传传递给墩墩台和基基础。

12、设设计为四四肢格构构型拱肋肋，为了了提高拱拱肋的横横向稳定定性和承承载力，使使两拱肋肋顶部互互相内倾倾，水平平面上的的投影呈呈“X”，由由于拱肋肋的恒载载分布比比较均匀匀，因此此拱轴线线一般采采用二次次抛物线线。拱肋肋截面沿沿拱轴线线的变化化规律为为等截面面，并且且采用无无铰拱形形式，以以保证其其刚度。（3）吊杆杆 吊杆分刚刚性吊杆杆和柔性性吊杆两两类，刚刚性吊杆杆用钢筋筋混凝土土或预应应力混凝凝土制作作；柔性性吊杆用用冷轧粗粗钢筋、高高强钢丝丝或钢绞绞线等高高强钢材材制作。使使用刚性性吊杆可可以增强强拱肋的的横向刚刚度，但但是用钢钢量比较较大，施施工程序序多，工工艺复杂杂；使用用柔性吊吊杆可

13、以以部分消消除拱肋肋和桥面面之间的的相互影影响，节节省钢材材。此处处吊杆为为等间距距16mm，采用用PE防防护技术术，保证证其使用用寿命。图3 拱肋截面简图图3 拱肋截面简图（4）、主主跨结构构构造：图图4 主梁截面简图 （55）、YY型钢构构两个主墩均均采用YY形造型型，由中中横梁，前前后悬臂臂梁，前前后主横横梁，前前后次横横梁，前前后主横横梁及系系杆索锚锚固结构构组成。Y型上部为预应力砼结构，墩身都采用149126.2m的变截面空心薄壁结构。Y形刚结构由前、后悬臂，主横梁，前、后次横梁，前、后主横梁及系杆索锚固件等结构组成。具体布置见见下图：图图5 Y型钢构（6）、拱拱桥墩台台及基础础作为

14、基础设设计，一一般应先先考虑扩扩大基础础，然后后才是桩桩基础和和沉井基基础，对对于管柱柱、沉箱箱和组合合基础一一般只在在特殊情情况下考考虑。基基础采用用桩基础础，基础础承台置置于河床床底部。图6 基础设计图6 基础设计2、双塔单单索面钢钢和混凝凝土结合合梁斜拉拉桥（1）、孔孔径布置置主跨和边跨跨的跨径径比为00.488，根据据边孔的的高度，通通航要求求，施工工安全，全全桥刚度度以及经经济和使使用条件件可在边边孔设置置辅助墩墩，这样样可以改改善结构构的受力力状态，增增加施工工期的安安全。当当辅助墩墩受压时时，减少少了边孔孔主梁弯弯矩，而而受拉时时则减少少了中跨跨主梁的的弯矩和和挠度，从从而大大大

15、提高了了全桥刚刚度。所所以最后后的孔径径布置为为73mm+1332m+4200m+1132mm+733m。（2）、主主跨结构构构造主梁采用单单箱三室室，梁高高4m，下下侧用开开口钢箱箱形式，上上侧为预预应力混混凝土桥桥面板，由由此组成成结合梁梁，全桥桥宽333m。设设计2%的横坡坡以满足足排水要要求，桥桥面铺装装采用等等厚铺装装，其中中钢箱底底板宽220m采采用Q3345qqD，桥桥面板采采用C660砼。 具体尺尺寸如下下：图7 主梁1/2横截面图7 主梁1/2横截面主梁混凝土土面板厚厚0.228m，在在腹板顶顶附近加加厚至00.555m，主主梁钢结结构部分分截面底底板及斜斜腹板厚厚16mmm

16、，竖竖向腹板板及腹板板上缘厚厚24mmm,塔塔根及边边墩、辅辅助墩顶顶附近主主梁钢板板局部加加厚。其其中主梁梁横隔板板梁采用用桁架形形式以利利于过桥桥管线布布置，主主梁截面面横隔板板横隔梁梁厚166mm，上上翼缘板板厚244mm，主主梁钢结结构和混混凝土面面板间设设置剪力力钉。主梁节段初初步拟定定为8mm，横隔隔梁间距距为4mm，每一一标准节节段两端端各设置置0.55m宽的的混凝土土现浇湿湿接缝。具体尺寸如如下：图8 主梁混凝土面板图8 主梁混凝土面板（3）主索索塔斜拉桥主塔塔外形通通常有HH形、钻钻石形、AA字形、倒倒Y形等等，但各各种形式式的塔形形有各自自的优点点，这里里对这几几种塔形形进

17、行比比选。表1 主塔塔外形对对比塔形优点缺点H形塔柱完全竖竖直，十十分便于于施工，同同时可以以保证斜斜拉索均均在同一一平面内内，大大大地简化化了锚固固系统的的设计拉索不能对对主梁提提供抗扭扭刚度帮帮助A形力线传递顺顺畅，通通过不断断的向上上收敛给给人一种种稳定的的感觉基础尺寸较较大，需需设置横横梁，施施工相对对复杂，造造型 比比较大众众钻石形外形优美，桥桥面以下下的塔柱柱通过向向内收敛敛可以减减少基础础的尺寸寸、节约约空间力线有转折折、不顺顺畅，有有时无法法与周围围环境协协调，特特别是在在桥下净净空较大大时倒Y形构造简单，受受力明确确，施工工方便，结结构上是是高效的的，给人人一种稳稳定和强强有

18、力的的感觉，能能突出高高耸而简简洁的美美感，适适用于单单索面基础尺寸较较大从主塔材料料上讲，塔塔材料可可供选择择有三种种：钢，钢钢筋混凝凝土，钢钢混结合合。由于于该桥位位于海域域腐蚀比比较严重重，防腐腐蚀的投投入会很很大，所所以采用用完全的的钢结构构显然不不合理。从受力来讲讲钢筋混混凝土和和钢混结结合均可可采用，但但是对于于钢混结结构来说说其过渡渡段是主主塔受力力点，构构造复杂杂，另外外对钢筋筋混凝土土结构来来说造价价比较低低，工艺艺成熟可可靠，结结构防腐腐蚀相对对简单，养养护费用用低 。综上采用倒倒Y形的的索塔（常常用于大大跨径及及特大跨跨径的斜斜拉桥），它它结构简简单，受受力明确确，施工工

19、方便，结结构上是是高效的的，给人人以稳定定和强有有力的感感觉，用用于比较较宽阔的的水面空空间透视视性好，突突出了斜斜拉桥轻轻盈、高高耸、简简洁的完完美形象象，适用用于单索索面塔高高1488m，在在顺桥向向索塔刚刚度大，有有利于抵抵抗索塔塔两侧拉拉索的不不平衡拉拉力，能能承受较较大的顺顺桥向弯弯矩，并并具有更更良好的的抗振能能力，并并且主塔塔与加劲劲梁之间间均设置置了阻尼尼装置。阻阻尼装置置对温度度等速率率缓慢的的变形，约约束力很很小；对对活载、风风、地震震等速率率较快的的变形，能能有效约约束；同同时可以以使行车车的舒适适度提高高。具体体尺寸如如图9图9.2 中塔柱截面图9.2 中塔柱截面图9.

20、1上塔柱截面图9.3 下塔柱截面图9.3 下塔柱截面图9.5 主塔正立面图9.5 主塔正立面图9.4 主塔侧立面（4）、斜斜拉索斜拉索是斜斜拉桥的的主要承承重构件件之一，拉拉索对主主梁起到到弹性支支撑的作作用，其其对斜拉拉桥的结结构刚度度和经济济合理性性起着重重要作用用，斜拉拉索宜选选用抗拉拉强度高高，疲劳劳强度好好和弹性性模量较较大的钢钢丝或钢钢绞线制制作，而而根据目目前发展展来看，斜斜拉索正正向着小小索距的的密索发发展。索面选择：由于桥面较较宽，且且主塔采采用倒YY形，为为使全桥桥获得较较好的视视觉效果果及行车车效果，同同时节省省空间，采采用中央央单索面面形式，给给人一种种简洁美美观的感感

21、觉而避避免了两两侧拉索索交叉凌凌乱之感感斜拉索采用用高强度度镀锌平平行钢丝丝束，冷冷铸锚，拉拉索外表表面采用用防风雨雨振措施施。梁上上标准索索距8mm，塔上上标准索索距2mm。 具体尺尺寸如下下：图10 图10 斜拉索横截面图11 图11 斜拉索总装图（5）主墩墩及基础础斜拉桥主塔塔墩位处处水深约约为111m，地地基覆盖盖层较厚厚，塔墩墩基础承承受主墩墩传来的的巨大荷荷载，可可供选择择的形式式主要有有以下几几种：1预应力力管桩基基础2大直径径钢管桩桩基础3大直径径钻孔桩桩基础4沉井基基础对于1 由由于桩径径小（通通常在6600mmm以内内），数数量多，基基础大，造造价高不不宜采用用对于4 工工期长，难难以控制制，不宜宜采用对于2 施施工方便便迅速，但但造价高高，经济济性差对于3 是是目前国国内外深深水基础础较常采采用的，其