常州市龙城大桥

工程概况

龙城大桥2008年01月05日建成通车，造型独特，具有很好的景观效果，是国内首座自锚式悬索斜拉协作体系桥。龙城大桥同时具有空间结构、柔性缆索体系、协作体系等特点，是国内目前桥梁结构体系创新的代表。

龙城大桥全长665.06 m。主桥采用拱门独塔3跨自锚式悬索斜拉组合体系。中跨采用悬索结构，主缆锚固于次跨纵梁端部，另一端经次塔散成7束锚固于主塔，成空间缆索结构，主塔为钢结构拱门组合塔；边跨采用斜拉结构，主塔边跨设置5根斜拉背索，用以平衡主缆的拉力。主梁为钢砼组合梁体系结构。跨径组合为72.2 m+113.8 m+30 m，主桥宽40m，引桥采用26.36 m跨径的砼连续结构。龙城大桥索塔主塔高37 m。跨径26.5 m，倾斜30°，存在很大的横向弯矩，横断面线形为近似悬链线，其结构采用方钢管混凝土结构和全焊接钢结构。次塔柱因造型需要，不参加结构受力。

结构特点

龙城大桥塔采用拱形结构，塔向边跨30°倾斜，并且采用横桥向倾斜的主缆以及顺、横桥向倾斜的吊杆故斜拉索自上而下具有变化的横向倾角，即缆索面为复杂的空间曲面，故龙城大桥为典型的空间结构。尤其在施工阶段，其主缆线形呈严重的非线性变化。龙城大桥上部结构采用自锚式悬索斜拉协作体系，纵梁为混凝土－钢叠合梁和预应力混凝土箱梁两种结构形式，使得该桥结构受力变得更为复杂，存在很强的设计、施工耦合问题。

初始平衡状态优化分析

缆索承重桥梁的初始平衡状态包括几何状态和在恒载、索力和预应力作用下的内力状态。由于存在结构自平衡内力系统，缆索承重桥梁的初始几何形状和内力分布互相影响，它们不能像常规桥梁那样单独确定。因此，在分析桥梁前必须正确确定初始平衡状态。初始平衡状态分析是力的平衡分析的逆问题，即在满足一定拓扑和几何初始形态的前提下，寻找满足平衡条件的受力合理并且尽可能理想的结构形态。而传统的结构分析是求符合变形协调条件的平衡，所要解决的是在荷载作用下的结构变形和内力问题。

龙城大桥是悬索与斜拉的组合自锚结构，还存在斜拉桥部分的索力优化问题。再加上采用横桥向倾斜的主缆以及顺、横桥向倾斜的吊杆，大大增加了确定初始平衡状态的难度。

结构组合形式

龙城大桥采用了多种形式、多种层次上的组合结构：

• 从结构体系上，采用悬索与斜拉结构组合
•  从主梁形式上，采用组合梁与混凝土梁组合
• 从截面形式上，主塔截面采用内填型钢箱混凝土组合截面，部分主梁采用混凝土板与钢箱的组合截面

全桥仿真分析内容

• 自锚悬索、斜拉结构强烈的几何非线性
• 横向倾斜布置的主缆和吊杆
• 立面上倾斜的塔柱
• 拱形的主塔和支塔
• 薄壁宽箱梁带来的剪力滞、畸变、稳定问题

施工方案优化及施工控制

龙城大桥施工控制难度体现在：

1. 索股长度调整量很小，且主缆一旦架设完毕，就几乎无法调整，以后的调整手段只有通过吊杆实现有限调整。所以，常规斜拉桥中的反馈控制、自适应控制方法在悬索桥中不适用。本桥施工控制的重点在于通过高精度的理论方法计算出各构件的无应力尺寸，在通过高精度的机械制造，将误差消除于计算和预制中
2. 吊杆张拉时具有强烈的几何非线性
3. 部分主梁采用组合梁形式，必须进行施工方案优化分析，使内力在钢与混凝土间适当分配，并尽量减少后期混凝土收缩徐变的不利影响。采取适当手段保证施工过程中(尤其是吊杆和斜拉索张拉阶段)混凝土桥面板的拉应力不超限，并且预存一定的压应力)
4. 横向倾斜布置的主缆和吊杆、立面上倾斜的塔柱等加大了施工控制的难度

荷载试验中桥梁变形

桥拱门主塔变化最大x方向为-10.3mm，Y方向为18.4mm，Z方向为-4.1mm。东侧悬索变化最大X方向为11.2mm，Y方向为-10.8ram，Z方向为40.8mm，西侧悬索变化最大x方向为9.1mm，Y方向为10.3mm，Z方向为36.8mm。桥面沉降最大6mm。

 相关单位

建设单位：常州市京杭运河和312国道南移改建工程建设指挥部
设计单位：同济大学建筑设计研究院
施工单位：路桥华南工程有限公司
监理单位：苏州路达监理公司
科研单位：长安大学(全桥模型试验)、同济大学(钢锚箱模型试验)
监控单位：长安大学

主跨主梁

主跨87m范围采用钢箱-混凝土组合梁

钢－砼叠合梁用于主跨跨中87m范围，共分为4种类型15个节段，节段长度4.5m～6m，材料采用Q345qC高强度低合金结构钢
结构受力上与混凝土梁一样为梁格受力体系，纵向五道腹板，在吊杆区域设置横梁，在吊杆之间增加一道横隔板。

钢纵梁为全焊接结构，由底板和5到腹板组成，底板和外侧斜腹板组成一个槽形断面，内设3到直腹板。钢梁底宽29m，上口宽31.8m，最高点（中心线）腹板高2.1m。每道腹板顶部带一个50cm宽顶板，用于连接混凝土桥面板。

钢横梁设在吊杆的地方，在吊杆之间以及端部与混凝土连接的地方增设几道横梁或横隔板，全桥共31道横梁和横隔板，横梁采用全焊接结构，断面为焊接工字形，横梁上开有过人孔，在吊杆锚固地方设有吊杆锚梁构造。

桥面板基本为钢筋混凝土结构，局部配有纵向和横向预应力钢束。桥面板设计进行了一些优化调整，为提高施工进度，并考虑减少混凝土收缩徐变对钢结构的影响，以及桥面板局部预应力施工的问题，将桥面板划分为：预制板、现浇悬臂板、现浇与混凝土梁连接段以及现浇湿接头四个部分。

边跨主梁

两个边跨和主跨负弯矩区采用混凝土主梁，单箱4室闭合箱梁，总长度129m。

混凝土梁结构上为梁格受力体系，即由纵向腹板和横梁组成的格子梁体系，纵向五道腹板，横向在吊索（斜拉索）区域设置横梁，在索之间适当加密横梁，横梁间距4.5～5m，使得桥面板属于单向板的受力状态。

横断面设计与叠合梁相互匹配，单箱4室的闭合箱梁截面，两个边室较小，中间室较大。梁高从标准2.5到根部的3.5m和4m变化。

桥塔

桥塔在顺桥向向边跨倾斜30度，桥面以上高度37m，横向跨度26.5m，由于桥塔在横向实际受到缆索力有很大一部分为径向受力，因此横向受力是一个拱的受力形式，但由于桥塔在塔底必须竖直插入主梁，不可能按照合理拱轴线设计，桥塔整体横向受力较差，有不能克服的较大弯矩，只能通过选择合适的线型来降低弯矩峰值。经过比选，选择了一个近似悬链线，它可以使得最大弯矩值降低35%以上。

整个桥塔从下往上分为主梁预埋段、A段、B段和C段，结构上预埋段和A、B段采用的是钢管混凝土结构，只不过采用的矩形断面的方钢管，C段采用的钢结构。钢管混凝土结构部分的钢材采用的是Q345qD，内填混凝土采用C50微膨胀混凝土，C段为钢结构，设有拉索锚固构造。

次塔柱仅仅是造型需要，并不参与结构的受力。

桥塔预埋段，即塔梁连接段需要完成将桥塔钢板中轴力、弯矩和剪力传递至主梁和下塔柱混凝土的功能。传力方式为埋入剪力键式进行传递，即通过在壁板上设置剪力键，通过剪力键逐渐将钢板上力传递给周围的混凝土。

目前，工程中常用的剪力键有传统的焊钉，以及最近在工程中用的比较多的开孔钢板连接件（也就是PBlink连接件），如南京三桥的钢桥塔与混凝土下塔柱的联结。本桥设计优化同时采用了两种连接方式，剪力键的设计原则定为：以N1～N4主钢板最不利作用组合轴力的100%设计设计PBLink剪力键，以最不利组合轴力的30%来设计焊钉作为安全一种储备 。焊钉的计算方法有规范可以参考执行，而PBlink的计算方法参考国外桥梁以及南京三桥的计算方法，取最不利的计算值作为PBlink的设计强度。

在构造上，为了不影响主钢板的受力，在主钢板上焊接加劲板，在加劲板上进行开孔，开孔直径为60mm，沿传力方向布置，中间穿22cm的螺纹钢筋，在桥塔内外侧均有钢筋穿过，而焊钉布置在钢筋之间，焊钉规格采用22x150。

 转体施工

为避免曲线塔柱空中焊接，采用桥面焊接、转体到位法施工。

采用泵站型号为：TX-80-P，此泵站为大流量比例控制流量泵站。本工程使用两台泵站,分别控制左右两根扣索。

主塔竖转扣索最大拉力约684吨。根据主塔的结构和控制特点，横桥向两扣索分别布置4个拉点,每个拉点布置一台200吨提升油缸,共布置8台200吨提升油缸,横桥向左右侧各4台。,每个拉点的平均载荷约85.5吨。

参考资料

1. http://okok.org/forum/viewthread.php?tid=183404
2. 谢友鹏，徐良，曹黎云.常州龙城大桥荷载试验.北京测绘.2009,3
3. 马恒.龙城大桥钢索塔竖转施工关键技术.现代交通技术.2008,5
4. http://www.zhong5.cn/forum.php?mod=viewthread&tid=5395106&highlight=