苏州斜港大桥设计概况

Bridge Engineering

苏州斜港大桥设计概况

张庆、戴昌林2

(1.中国市政工程中南设计研究总院有限公司，上海200122;2.中国市政工程中南设计研究总院有限公司，湖北武汉430010)

摘要：笔者根据新建苏州斜港大桥的使用功能要求和桥位处周边环境特点，针对该桥桥面宽度大、车道数量多、荷载集 度大、上下两层布置的特殊性，采用3跨连续梁、拱组合钢桁结构桥的设计方案，并详细介绍了该桥的构造布置及结构受 力特点，对全桥结构和局部构件进行了建模计算分析比较，优化了该桥的设计及施工方案，以期对类似工程具有一定的 借鉴作用。

关键词：双层宽桥面、梁拱组合结构、钢桁架、全焊结构中图分类号：U 448.22

文献标志码：B

文章编号：丨009-7767(2019)06-0052-07

Design Overview of Xiegang Bridge in Suzhou

Zhang Qing,Dai Changlin

1桥位概况及设计标准

苏州斜港大桥主桥位于苏申外港线（斜港）、京杭

22.1

构造布置 上部结构

主桥为3跨（69+180+69) m全焊板桁结合梁、拱

大运河河口处，考虑通航等要求，经桥梁结构方案比 选，主桥采用3跨连续支撑的下承桁架式梁拱组合结 为解决城市交通用地困难，采用双层桥面布置，上层 桥面为城市快速路，下层桥面为城市主干路。通过调查

组合桥，其总体布置图见图1、2。横桥向布置2片主桁 强平行钢丝索及高强合金钢杆。上层为双向6车道+ 2条辅助车道的城市快速路。横断面布置为:0.30 m(栏

间距36 m，中心桁高8 m,节间距9 m。吊杆采用高 构，跨径布置为(69+180+69) m，拱、梁均为全钢结构。 架，

杆) + 1.0m(检修道)+3m(拱肋区）+0.5 m(防撞栏杆)+ 研究，确定该桥的设计指标如下：

15.75 +0.50m(中央分隔带）+15.75 m(机 1) 道路等级：上层桥面为城市快速路(8车道）；下 m(机动车道）层桥面为城市主干路(8车道）。

2)

1/=80 km/h;下层桥面设计车速F=50 km/h。车行道桥面 横坡为2 %,人行道、非机动车道桥面横坡为-1 %,检 修道桥面横坡为2 %。

3) 4) 5)

主桥抗震设防类别为A类，按8度采取抗震措施。水位2.24 m(黄海高程）。

设计洪水标准：百年一遇洪水位3.116 m;常水

位1.116 m(黄海高程）。

6) 桥梁结构设计基准期：100年。7)

结构设计安全等级：斜港大桥主桥设计安全等

级为I级，结构重要性系数为1.1。

8) 设计荷载标准:城A级。

动车道）+0.5 m(防撞栏杆）+3 m(拱肋区）+ 1.0m(检修 城市主干路。横断面布置为:0.30m(栏杆) + 1.5m(人 行道）+3 m(非机动车道）+3.25 m(拱肋区）+0.5 m(防 撞栏杆）+ 15.5 m(机动车道）+0.50 m(中央分隔带）+3 m(非机动车道)+1.5 m(人行道)+0.30 m(栏杆），共计

道)+0.30 m(栏杆），共计41.6 m。下层为双向8车道的 道路设计车速及线形标准：上层桥面设计车速

15.5 抗震设防标准：该地区抗震设防烈度为7度； m(机动车道)+0.5 m(防撞栏杆)+3.25 m(拱肋区)+ 48.6 m〇航道、河道标准：规划均为三级航道，最高通航

________________________318________________________69 180 69

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K

图2

主跨横断面图（m)

经调研比较，在国内双层桥面的桥梁中，该桥桥度大、活载集度大、吊杆横向间距大，使得横向受力较 面宽度、公路车道数均为国内之最(见表1)。因桥面宽为不利，是本桥设计的关键环节。

表1

桥名

苏州斜港大桥上海闵浦大桥[1]东莞东江大桥温州瓯江北口大桥⑵武汉杨泗港长江大桥[31

桥型

下承桁架式梁拱组合体系

双塔钢桁梁斜拉桥刚性悬索加劲连续钢桁梁桥

三塔钢桁梁悬索桥双塔钢桁梁悬索桥

国内双层公路桥梁对比表

跨径布置/m

桥面宽度/m

公路车道数/个

69+180+694x63+708+4x63112+208+112215+2x800+275465+1700+465

48.643.642.941.832.5

8(上)+8(下）8(上)+6(下）8(上)+8(下）6(上)+6(下)6(上)+4(下）

全桥纵向支撑体系为3跨连续结构，主桁架梁由 拱内吊杆索及支座传递竖向荷载。北侧主墩纵桥向支 附加纵向阻尼器，横桥向支座限位。边墩横桥向通过支 座限制墩梁横桥向相对运动，纵桥向不作限制。

根据大桥的结构体系，对该桥的下部结构、上部 结构进行详细的构造设计及分析计算，以优化该桥的 设计方案。

2.2下部结构

中主墩均为双柱式结构，墩身截面为（7x5) m矩 形，墩高8.013 m;双柱柱顶设置拱形横系梁(31x4) m, 高3〜8.103 m，底缘曲线为半椭圆形；承台采用哑铃 型，尺寸为（50.2x14.2x4.5) m;基础采用22根02.0 m 桩基，桩长95 m,持力层为粉砂层。主墩立面图见图3。

边墩采用分离式结构，即主桥边墩立柱、引桥机 动车道桥立柱、非机动车道桥立柱均分离开来，仅共用 2

承台、桩基础。主桥边墩立柱为矩形断面(3.56x3) m,墩 高5.552 m;基础采用16根02.0 m钻孔灌注桩基础，桩 C20混凝土，其余承台底部都设置厚度为0.2 m的C20 混凝土垫层。桩基础均利用声测管进行后注浆。边墩 立面图见图4。

1)钢桁架拱

横桥向设2片主拱,每片主拱由上下两根拱肋组 成，拱肋采用三角桁式单元，杆件之间采用焊接方式 连接。拱下弦轴线为二次抛物线，跨度180m,矢高40m; 拱上弦轴线为样条曲线，跨度318 m;在拱顶最高点处， 上弦轴线与下弦轴线间距4 m,拱上弦在边跨与边跨桁 架梁上弦杆相连。

每片桁拱分为19个节段，包括起拱段、拱梁间节 段、拱上节段、合龙段。最重节段为125 t左右，最长节 段约25.8 m,最宽节段约为8.1 m。

座限位，附加纵向阻尼器；南侧主墩纵桥向支座滑动， 长95 m,持力层为黏土层。主墩封底采用厚度为0.3 m的

风撑、吊杆结构（钢桁架拱、风撑、吊杆索）、钢桁梁、桥面系等子 2.3钢桁架拱、

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拱肋弦杆为八角箱型截面（见图5)，标准尺寸为 3 m(横）x2m(高），侧宽0.75m,侧高1 m，主要受力板 厚度为12〜40 mm。

拱节段之间采用整体节点全焊连接。拱肋中每隔 2.5〜4 m,设置实腹式横隔板，部分实腹式横隔板之间 增设横向加劲肋。箱形拱腹杆内每隔3 m左右,设置实 腹式横隔板1道。工字型拱腹杆每隔2 m左右设置对 称的腹板横向加劲肋1组。拱、拱腹杆内的纵向加劲肋 间距为500 mm左右，厚度为10〜20 mmtj

2) 风撑

全桥共设置15道一字型风撑，跨度34.5 m，采用 尺寸为（1.5x 2.0) m的箱型截面（见图5)。

3) 吊杆

全桥共设17对吊杆，拱肋吊点水平向中心距为9m。 吊杆采用双侧单索面布置，横桥向中心距为36m，上下 端分别锚固在主拱和主梁节点横隔板所连接的吊耳 处，考虑到施工张拉及日后换索方便，采用梁上张拉 的方式。吊杆结构图见图6。

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ss

1g

§

§

a)拱肋

图5

拱肋、风撑断面图

b)风撑

a)剖面图

b)外观图

图6

吊杆结构图

一般吊杆索采用双层HDPE护套镀锌平行钢丝

索，热铸叉耳式锚具，穿销铰的锚固方式。柔性吊杆型 号均为07-127。

由于本桥边吊杆锚点长度仅3 m左右，为装饰性钢 杆，施工过程中不进行张拉。成桥(施工二期荷载)之前 2.4钢桁梁

连续钢桁（主桁）主梁长度为（38.8+180+38.8) m, 由桥面系单元(含横梁、桥面板、U肋、小纵梁）、主桁架 臂板块、检修道挑臂板块组成，采用全焊接的连接方式。连续钢桁（主桁）为全桥最主要的受力杆件，横桥 向由2片构成，中心间距36 m。上下弦杆几何中心线 高差8 m,采用三角桁式单元，标准段弦杆与斜腹杆的 夹角为60 °左右。连续钢桁包含上下弦杆、腹杆、整体 节点。每片主桁分为20个节段，其中标准节段（最长 节段)长约22.25 m,宽10m,高2m左右,质量约1501;

最重节段高3.5 m,质量约200 t。

上下弦杆断面为矩形，高2 m,宽1.5 m;在拱梁结 合段上下节点附近，弦杆宽度变化为3m,由1个箱室 变化成3个箱室。弦杆顶、底板、腹板厚度20〜50 mm。 标准斜腹杆为矩形，横桥向1.5 m,顺桥向1.25 m;中支 向1.25 m和横桥向3 m、顺桥向2 m两种；边墩上的端 腹杆横桥向1.5 m,顺桥向1.5 m。腹杆板厚25〜50 mm。 主桁标准节段立面图见图7。

桥面系

桥面系有正交异形桥面板(车行道）、横梁、人、非车 道挑臂、检修道挑臂组成。桥面板由厚16 mm的钢板、 纵向“U-肋”和小纵梁组成。“U-肋”横距为300 mm,高 280 mm,厚8mm;小纵梁为倒T形，横向间距为3.9m, 高1 500 mm,腹板厚12 mm,底板宽280 mm,厚12 mm, 上下层各设8道小纵梁。局部桥面板由板肋加劲，厚 16 mm,高200mm。桥面板标准横断面见图8〇

腹杆变化成横桥向3m、顺桥 进行柔性吊杆张拉，张拉完毕后，安装2对装饰性钢杆。 点附近随着弦杆的变宽，

单元(含上下弦杆、腹杆、整体节点）、人、非机动车道挑 2.5

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图8桥面板标准段断面图

3结构设计计算及优化

采用midas Civil软件分别建立平面整体模型、横

3.1整体受力分析计算

向框架模型、空间梁板组合模型（见图9)。在空间梁板 组合模型中，主桁架、拱肋采用梁单元，吊杆采用桁架 单元,上下桥面采用板单元。模拟分析结果如下：

图丨〇梁拱组合体系传力路径分析

图11恒载作用下桁架和拱肋轴力分布

图9

空间梁板组合模型

1)

应力分布，从图12可知，桥面板参与主桁受力，减小

传力路径及杆件轴力分布。图10、11为梁拱组 主桁内力，使结构受力更加均匀。

3)拱、梁间荷载分配。对于梁、拱组合体系来说，成 桥后吊杆力决定了梁、拱分担外荷载的比例。模拟分析 了成桥吊杆承担33 %、60 %、75 %、100 %恒载作用时， 主要构件在各工况下的受力情况见表2。

合体系传力路径及恒载作用下桁架和拱肋轴力分布， 从图中可以看出，梁拱组合体系传递路径短，杆件单 元以拉、压为主，截面受力均匀，节省材料用量。

2) 桥面板参与主桁受力。图12为恒载作用下梁板

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从总体稳定性（特别是上拱）和屈曲稳定角度来 看，主拱应力不应过大；应充分发挥主梁刚度大的优 势。吊杆承担33 %恒载时，主梁应力过大，需要加强， 不宜采用。吊杆力为60%、80%、100%时，主梁、主拱

图12恒载作用下梁板应力分布

受力均符合规范要求，并有一定富裕。设计对比了工况 2、3、4下拱的稳定性，工况2下拱的稳定性最好。经综 合比较，最终吊杆承担约75 %(1 764 kN)恒载重量。 3.2局部受力分析计算

采用midasFEA软件进行空间大节点分析，来验 证构造的合理性，分析应力集中的程度，以便优化结 构构造设计。图13即为有限元局部计算分析结果，从 图中可以看出，主拱、连续钢梁（主桁）单元斜腹杆受 力较大，但都满足设计规范要求。

表2

工况1234

成桥吊杆承担恒载比重与梁、拱应力关系

%336075100

吊杆承担恒载的比重/ 主桁最大应力/ 主拱最大应力/

MPa

231167149132

MPa

77101127150

C)桁架梁跨中应力云图 d)中支点部位局部应力图

图13有限元局部模型计算结果（MPa)

3.3抗震分析计算

采用midas Civil软件进行空间整体抗震计算(采用 土弹簧模拟桩土作用），进行El、E2地震下时程分析， 用以确定减隔震措施及其性能参数。模拟分析比较黏

滞阻尼器、摩擦锤支座2种减隔震方案。减震装置实物 及力学模型见图14、15。

仅在两中主墩处设置粘滞阻尼器，每墩设置4个， 每侧2个，全桥共计8个粘滞阻尼器，阻尼系数C=2 500, 阻尼指数a=0.3。

主桥的所有支座均应同时替换为摩擦摆式支座， 且采用相同的滑动面半径和滑动摩擦系数，支座滑动

a)实物 b)力学模型

图14采用黏滞阻尼器的减震方案

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寸最小，减震性能最佳。4

施工过程优化

受运输、吊装条件的限制，该桥主梁难以实现大节 段整体架设，故采用横向分散运输、现场组拼的方式，

a)实物

b)力学模型

要求主桁节段、桥面节段在工厂完成预拼装后，运输 到现场在胎架上组焊成整体。采用先梁后拱施工顺 序。本桥施工期间对航道影响大，且工期紧张。因此， 梁的施工考虑顶推法、全支架法。表3为2种施工方 案比较。

图15采用摩擦锤支座的减震方案

面半径/?=4 m，滑动面滑动摩擦系数/x=0.03。

经分析比较，采用黏滞阻尼器的减震方案主墩尺

表3

比较项目

顶推法

施工方案比较

全支架¥

南岸最大顶推距离长达100m,长距离顶推对施工技术、顶推设

同步性

备要求很高。而且本桥横向宽度48.6 m，顶推施工时两侧同步性难 以保证，直接影响工程质量及施工进度

钢桁架梁工厂加工中包含了施工预拱度，故主桁梁底呈竖曲线。

技术

通过在临时支架顶部预先将标高点调整到 不存在同步性的问题

而钢桁架梁在顶推前进过程是变化的竖曲线，因此需要多次调节桁 位，安装时直接将构件放置到位，进行微调， 线形控制简单、精确度高，整桥线 架梁的标高，调节时，需停止向前顶推，将千斤顶放置在纵梁牛腿 施工方便，

形更为可控。

全支架施工在支架上拼装主梁节段，主跨合

难线形控制 下端，顶推牛腿进行超垫。施工工序繁琐，线形控制难度非常大。度

由于通航航道并不位于主跨跨中，导致主桥中跨合龙后，南北墩

支座反力、全桥受力及线形均不对称,需采用调节边墩支座的支撑 拢后，受力线形皆能满足设计成桥状态，无需 高度使桥梁受力、线形达到设计成桥状态

临时支架 受力结构加强

顶推施工是一个动态过程，钢桁架梁行进过程中一旦支架产生脱 空现象会导致单个支架上的支反力过大影响桁架梁结构安全。由于采用了滑板式顶推施工，主桁下弦杆矩形截面内必须增设 加劲板，增加了桥梁自重，间接地影响桥梁使用寿命

调节边墩支座的支撑高度，施工方便

临时支架受力明确、简单，施工时临时支架 安全性有保障无需结构加强

投人材料、设备主要有1台500 t浮吊、3台

投人材料、设备主要有2套专用顶推设备、1台500t浮吊、2台350t履带吊、2344m06OOxllOPHC管桩(C80)、 3501履带吊、钢材550t、钢筋501、混凝土 620 m3、PHC管桩4 500 m 1 500 t钢管材料（包括钢桁梁拼装支架、防撞

设施）。可少投入200万元

需完全封航5个月，水上施工期间船只需

水上施工

只需间歇性断航

绕行

通过施工方案比选，考虑现场施工条件，采用了 先梁后拱的全支架施工方案。5

结论

笔者对苏州斜港大桥设计、施工方案进行了全面 总结和论述，通过建模分析计算，介绍了该桥的上部 结构、下部结构的力学特点和优势，并对局部应力集中 进行了分析，考虑施工环境和结构设计特点，优化了 该桥的施工方案。对类似工程设计、施工具有一定的 参考价值。

参考文献：

[1] 常付平，蒋彦征，马聶，等.闵浦大桥双层结合钢桁梁研究[C].

全国斜拉桥关键技术论文集，2012:34-40.

[2] 高宗余，史方华.温州瓯江北口大桥主桥设计关键技术[J].桥

梁建设,2017,47(1 ):1-5.

[3] 张成东，肖海珠，徐恭义.杨泗港长江大桥总体设计m.桥梁

建设，2016,46(2) :81-86.收稿日期：2019-02-15

作者简介：张庆，高级工程师，主要从事桥梁设计研究工作。

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