金塘大橋主通航孔橋的設計特點

金塘大橋主通航孔橋報告人:浙江省交通規(guī)劃設計研究院史方華2023年9月12日設計特點一、概況二、建設條件三、設計原則四、設計特點五、幾點體會報告內(nèi)容一、概況(一)地理位置金塘大橋是浙江省舟山大陸連島工程中的第五座大橋，連接舟山市金塘島與寧波市鎮(zhèn)海區(qū)，全長21.029km，其中海上橋梁長18.27km，也是舟山大陸連島工程中規(guī)模最大的跨海特大橋。（二）技術標準一、概況

公路等級：雙向四車道高速公路設計速度：100km/h荷載等級：公路—Ⅰ級橋面橫坡:2%(雙向)橋面縱坡:最大2.8%

一、概況通航標準：通航5萬噸級海輪(壓載),凈寬544m,凈高51m設計高潮位頻率:1/300結構設計基準期:100年（二）技術標準（一）氣象二、建設條件

設計基準風速：按一般平坦空曠地面離地10m高，頻率1/100，10min平均最大風速40.16m/s計。橋址處極端最高溫度38.5℃;極端最低溫度-6.6℃。橋址處日平均最高溫度33.3℃;日平均最低溫度-3.5℃。

（二）水文二、建設條件

本工程區(qū)的潮汐屬不規(guī)則的半日潮，潮流以往復流為特征，歷年平均海平面為0.26m，歷年平均高潮位1.14m，平均低潮位-0.75m，最高潮位3.28m，最低潮位-2.12m，最大潮差3.67m，平均潮差1.91m。潮流以往復流為特征，漲潮流向西或向北，落潮流向東或向南，漲潮流速略大于落潮流速。百年一遇的最大流速為2.54m/s，最大波高為6.26m。橋位處海床沖刷深度：自然沖刷深度：5m；建橋沖刷深度：索塔：15.6m，輔助墩16.0m，過渡墩14.3m。

（三）地質(zhì)二、建設條件

該段水深10.8~26.7m，海床表部主要為海相灰色流~軟塑狀淤泥質(zhì)亞粘土、亞粘土，和沖海相灰色，灰綠色松散~稍密狀亞砂土、粉細砂，中間黃褐色軟~硬塑狀亞粘土，以上土層總厚度9.5~24.9m；其下為灰褐灰綠黃綠等色中密~密實狀粉細砂、中粗砂或亞砂土相間厚度較大灰色軟塑狀粘土，和黃褐黃綠灰藍等色硬塑狀為主的（亞）粘土，總厚度61.5~76.5m；該區(qū)下伏基巖面起伏變化相對不大，基巖面埋深77.2~101.6m，其弱風化巖面頂板標高-102.88~-115.30m，基巖巖性主要為晶屑玻屑熔結凝灰?guī)r，屬硬質(zhì)巖。

（四）地震二、建設條件

地震基本烈度為Ⅶ度?？拐鹪O防標準如下:

設防地震概率水平結構性能要求結構校核目標P1：100年10％主要結構處于正常使用極限狀態(tài)主要結構校核應力P2：100年5％主要結構處于承載能力極限狀態(tài)，控制位移或變形主要結構校核極限承載能力或考慮延性校核極限承載能力；校核位移或變形二、建設條件（五）船舶撞擊力航道名稱代表船型（t）塔墩橋墩防撞力（MN）采用獨立防撞墩后防撞力(MN)橫橋向順橋向橫橋向順橋向主通航孔50000壓載索塔D3，D465.3432.67200005000輔助墩D2，D510.05.01000過渡墩D1，D66.03.0三、設計原則

充分考慮橋址區(qū)的海洋環(huán)境;體現(xiàn)“安全、經(jīng)濟、耐久、和諧”的設計原則;以科技為支撐,創(chuàng)新謀發(fā)展的理念,設計一流大橋;景觀設計充分考慮舟山普陀山

“海天佛國”的文化素材。

四、設計特點77＋218＋620＋218＋77m五跨連續(xù)鋼箱梁斜拉橋

結構采用半飄浮體系。由于橋梁處于強風強震區(qū),塔梁間的縱向約束是結構體系的關鍵。若塔梁縱向直接約束,索塔根部在溫度作用下會出現(xiàn)巨大的拉應力;若塔梁間不設縱向約束,索塔根部在風荷載作用下難以滿足結構要求。另外,在巨大的地震荷載作用下,為了減小索塔根部地震荷載,必須在塔梁間設置縱向阻尼器。為了同時滿足極限風荷載、汽車荷載和溫度作用的要求,最終采用帶縱向限位的粘滯阻尼器,限制位移根據(jù)計算優(yōu)化定為35cm。（一）支承體系四、設計特點（二）樁基礎四、設計特點

1、索塔基礎

采用42根φ2.5m～φ2.85m鉆孔灌注樁，承臺為圓端形構造，平面尺寸為56.78×34.02m，厚6.5m，承臺上設厚2.5m的塔座。鋼護筒壁厚為25mm,局部防腐處理。（二）樁基礎四、設計特點

2、過渡墩設10根φ2.5m～φ2.85m鉆孔灌注樁，承臺采用矩形構造，橫橋向?qū)挒?5.4m，順橋向?qū)挒?5.5m，承臺厚4.0m。墩身采用分離式的矩形結構（D1墩身為實心、D6墩身為空心），橫橋向?qū)?.3m，順橋向?qū)?.5m。

（二）樁基礎四、設計特點

3、輔助墩設10根φ2.5m～φ2.85m鉆孔灌注樁，承臺采用矩形構造，橫橋向?qū)挒?5.4m，順橋向?qū)挒?5.5m，承臺厚4.0m。墩身采用分離式的矩形結構（D2墩身為實心、D5墩身為空心），橫橋向?qū)?.8m，順橋向?qū)?.5m。（三）索塔防撞四、設計特點索塔整體抗撞力已滿足抗撞要求，防撞措施目標為利用承臺鋼套箱（為了減少地震力，只在局部填灌混凝土）保護索塔樁基礎、塔柱免遭船舶撞擊損傷，減少工程費用，同時利用橡膠件，對撞擊船舶進行適當保護。波流力也比浮式消能箱的防撞方案要小。過渡墩和輔助墩的防撞方案通過主體結構樁+防撞群樁＋套箱消能防撞方案、增加主體結構樁基+附著式消能防撞方案、獨立防撞墩方案等方案的比較，最后選擇了獨立防撞墩的方案。（四）獨立防撞墩四、設計特點（五）索塔及塔上斜拉索錨固構造四、設計特點索塔高204m（承臺以上），花瓶形。塔頂順橋向?qū)?m，橫橋向?qū)?.5m；塔底順橋向?qū)?2m，橫橋向?qū)?m。橫梁高8m，寬10.5m。（五）索塔及塔上斜拉索錨固構造四、設計特點

塔上斜拉索錨固構造常用的方式有三種：鋼錨箱錨固（如諾曼第大橋、杭州灣大橋、蘇通長江大橋）、鋼錨梁錨固（如安娜西斯大橋、南浦大橋、招寶山大橋）和環(huán)向預應力錨固（如南京二橋、楊浦大橋、桃夭門大橋）。金塘大橋拉索為空間索面，常規(guī)的鋼錨梁已不適用，雖然鋼錨箱和環(huán)向預應力方案均可行，但鋼錨箱方案對起重設備及安裝精度都要求較高，在拉索平衡水平力工況下塔柱砼也會產(chǎn)生拉應力，對結構的耐久性不利；環(huán)向預應力方案同樣耐久性較差,所以找到一種合適的拉索錨固方案非常必要。（五）索塔及塔上斜拉索錨固構造四、設計特點金塘大橋提出了能夠錨固空間索面斜拉索的鋼錨梁和鋼牛腿組合結構。（五）索塔及塔上斜拉索錨固構造四、設計特點

鋼錨梁由受拉錨梁和錨固構造組成。每對斜拉索面內(nèi)的平衡水平分力由鋼錨梁承受，部分不平衡水平分力通過梁端頂座傳遞到預埋鋼板，由索塔承受；豎向分力通過牛腿傳到塔身后，全部由索塔承受；空間索在面外的水平分力由鋼錨梁自身平衡。（五）索塔及塔上斜拉索錨固構造四、設計特點

為達到以上受力模式，構造上采取下列措施：1)與鋼牛腿的接觸面之間采用不銹鋼和四氟板構成滑動摩擦副，用以消除鋼錨梁與鋼牛腿接觸面之間的摩阻力對塔的影響，確保平衡水平分力全部由鋼錨梁承受的受力模式。工地整體組裝前，四氟板面涂硅脂，增加摩擦副的潤滑性。2)設置臨時固接螺栓，安裝斜拉索時，鋼錨梁的一端與牛腿固結，以避免施工中發(fā)生兩側掛索不同步時，造成鋼錨梁位置的失控而沖擊塔壁。斜拉索安裝張拉結束后，釋放固結裝置。3)利用鋼錨梁與鋼牛腿的連接螺栓抗剪傳遞橫橋向的不平衡水平分力。（五）索塔及塔上斜拉索錨固構造四、設計特點

鋼牛腿是鋼錨梁的支撐結構，由座板、托架、塔壁預埋鋼板、剪力釘和與勁性骨架相連的連接鋼板組成。

（五）索塔及塔上斜拉索錨固構造四、設計特點鋼錨梁和鋼牛腿組合結構由鋼錨梁、鋼牛腿和預埋鋼板等組成，安裝時采用鋼錨梁和鋼牛腿臨時固結，和預埋鋼板一起整體吊裝。（五）索塔及塔上斜拉索錨固構造四、設計特點經(jīng)足尺模型試驗,鋼牛腿、鋼錨梁組合結構安全可靠。（五）索塔及塔上斜拉索錨固構造四、設計特點1）由于只有不平衡索力由塔壁承受，塔壁混凝土不會開裂，耐久性好；2）由于沒有象鋼錨箱一樣在上塔柱分叉處有一強大的鋼板底座，從而使得其傳力簡單明確，上塔柱分叉處的混凝土受力得到很大改善；3）其重量不到類似鋼錨箱的