1、 概況
大沽橋是天津市海河綜合開發(fā)工程中第一座新建橋梁，是一座中跨為敞開式大小拱空間四索面吊桿下承式系桿拱橋，邊跨鋼梁與中跨拱梁結(jié)構(gòu)剛性連接，形成三跨連續(xù)結(jié)構(gòu)。橋梁全長154m,跨徑為24m+106m+24m，橋面寬為30m—59m，機動車道寬為24m，兩側(cè)均有5.5m的鏤空部分，在鏤空部分的外側(cè)為觀景平臺，觀景平臺為直徑不同的兩個圓弧曲線。
車行道為雙向六車道，設(shè)計行車速度： V=40km/h。橋位區(qū)平均海拔20m高度處，頻率1/100的10分鐘平均最大風(fēng)壓為600Pa。場地地震基本烈度為Ⅶ度，結(jié)構(gòu)物按Ⅷ度設(shè)防。
海河規(guī)劃為Ⅵ級航道，要求橋下凈空4.5m，主航道凈寬30m。
圖1 大沽橋全景
2、 主橋結(jié)構(gòu)
天津大沽橋主橋為下承式系桿拱鋼橋，由兩個不對稱的拱圈構(gòu)成，大拱圈拱高39m，面向東方，象征著太陽；小拱圈拱高19m，面向西方，象征著月亮。由于兩條拱肋高度不同，而且拱平面傾斜，使得橋梁的整體具有特異的美觀效果。大拱側(cè)人行道由橋頭位置寬3.0m按曲線漸變到主跨跨中位置寬11.5m，小拱側(cè)人行道由橋頭位置寬3.0m按曲線漸變到主跨跨中位置寬8.5m。橋梁主跨車行道與人行道之間設(shè)計有寬5.5m的鏤空梁。橋梁結(jié)構(gòu)為順橋向?qū)ΨQ，橫橋向不對稱。
圖2 橋型布置圖（單位：cm）
?。?）非對稱傾斜拱結(jié)構(gòu)
大、小拱肋均為傾斜的鋼箱結(jié)構(gòu)。大拱平面向外傾斜比例1：3，拱圈在豎直平面內(nèi)的投影高度為39m，橫截面為梯形變截面，上底寬自拱頂至拱腳由1.3m至2.2m線性變化，梯形高度與上底寬相等。小拱平面向外傾斜比例1：2.5, 拱圈在豎直平面內(nèi)的投影高度為19m，橫截面為梯形等截面，上底寬1.5m，梯形高度與上底寬相等。大拱拱腳距離道路中心線14.93 m，小拱拱腳距離道路中心線14.44m。拱腳底與鋼箱梁頂面齊平并由高強螺栓連接在中橫系梁上。大拱側(cè)系桿與大拱腳距離3.423m，預(yù)加力6000kN；小拱側(cè)系桿與小拱腳距離2.933m，總預(yù)加力10500kN。車行道橋面結(jié)構(gòu)為24m寬正交異性板鋼箱梁，鋼箱頂板為帶U肋的正交異性板，鋼箱底板為帶板肋的正交異性板，梁高由道路中心線處的1.3m按1.5%的橫坡變到1.06m。
圖3 大小拱形式圖
圖4 掛索后的大小拱
但為了實現(xiàn)本橋的特色，并考慮到景觀步道吊桿對拱結(jié)構(gòu)的影響，需要車行道側(cè)的吊桿與拱平面存在偏心，來平衡景觀步道側(cè)吊桿對拱的傾覆力矩,拱的傾斜布置又顯得有其合理性。
?。?）景觀步道的設(shè)計
本橋在功能上既要滿足車輛通行，還要滿足人行通過。對于人行方案設(shè)計既考慮了通行要求，又提供了游覽功能，這方面的考慮是以往單純功能橋梁所沒有的，結(jié)合大、小拱平面投影區(qū)域大小的不同，景觀平臺的尺寸又有所不同。
景觀步道與車行道間有一5.5m段，考慮為鏤空梁，可為人、車之間分離，提供安全保障。
圖5 景觀步道平面（單位：mm）
圖6 景觀步道實景
?。?）橫橋向三跨連續(xù)梁
主橋的兩道拱為了承擔(dān)車行橋及兩側(cè)景觀步道的荷載，每道拱上設(shè)置了兩排吊桿，分別吊在車行道外側(cè)和景觀步道外側(cè)。吊桿的設(shè)置是比較合理的，由于拱外傾的緣故車行道外側(cè)的吊桿也外傾，對行車凈空沒有任何影響，景觀步道外側(cè)的吊桿設(shè)置在外側(cè)的挑梁上，對于凈空要求較低的人行基本也沒有影響。
面系的受力控制是橫橋向控制，橫向每個斷面有4根吊桿，結(jié)構(gòu)受力上可以看作三跨連續(xù)梁，三跨的跨徑布置由吊桿間距控制，尤其在橋跨中心跨徑勻稱（18.5+24+15.5m），三跨連續(xù)梁的效果明顯，這也是本橋采用較小梁高（1.06～1.3m）的一個有利因素。
圖7 橫橋向斷面（單位：cm）
（4）順橋向三跨連續(xù)梁
本橋順橋向為三跨連續(xù)結(jié)構(gòu)，除主橋外兩側(cè)各有一跨鋼箱梁結(jié)構(gòu)，三跨為一整體，跨徑布置為24+106+24m。為了增加結(jié)構(gòu)尤其拱腳位置的結(jié)構(gòu)剛度，減小拱腳位置的轉(zhuǎn)動角度，并且對邊跨的結(jié)構(gòu)受力也有一定的益處。
圖8 順橋向斷面（單位：cm）
圖9 大沽橋夜景
（5）吊桿
全橋共有88根吊桿，其中大拱內(nèi)側(cè)吊桿25根、外側(cè)吊桿23根，小拱內(nèi)側(cè)吊桿25根、外側(cè)吊桿15根。吊桿采用熱擠聚乙烯高強平行鋼絲拉索。內(nèi)吊桿為Ф5-73絲鋼絲束；外吊桿為Ф5-19絲鋼絲束。吊桿與拱肋的連接端采用叉耳式構(gòu)造熱鑄錨，與鋼箱梁的連接端采用冷鑄墩頭錨。
圖10 大沽橋不對稱吊桿
?。?）系桿
在車行道鋼梁內(nèi)布置有4組用于平衡拱腳水平推力的系桿，系桿均采用非集束鋼絞線形式。其中在大拱側(cè)2組，每組37根鋼絞線，小拱側(cè)2組，每組55根鋼絞線。絞線在鋼梁內(nèi)順橋方向曲線布置，線型與道路線型相同，以每道橫隔梁位置的穿孔式轉(zhuǎn)向器實現(xiàn)曲線布置。由于采用非集束形式布置，要求每根鋼絞線均設(shè)置外擠PE,每組鋼絞線外增設(shè)PE防護套。鋼絞線采用單根雙向張拉工藝，錨墊板下設(shè)置糾偏裝置。
（7）鋼箱拱肋安裝
大沽橋大小拱肋具有高度較高、重量較重、向外傾斜角度較大的特點，鋼箱拱肋安裝的施工難點主要體現(xiàn)在拱肋支撐體系架設(shè)；拱肋吊裝空間姿態(tài)調(diào)整；拱肋空間定位精度調(diào)節(jié)和空間測量控制等方面。由于鋼拱整體質(zhì)量較大，決定將鋼拱肋進行分節(jié)處理，而后分段吊裝、組拼的施工方法。
圖11 小拱分節(jié)
圖12 大拱分節(jié)
鋼拱肋安裝采用八三墩支架體系
圖13 八三墩支架體系
鋼拱肋安裝分為拱腳段安裝、標(biāo)準(zhǔn)段安裝和合攏段安裝。
圖14 拱腳段安裝
圖15 標(biāo)準(zhǔn)段安裝
圖16 合攏段安裝
3、 主要技術(shù)特點和創(chuàng)新點
?。?） 由于大沽橋結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)置復(fù)雜、空間受力特性明顯，為了能夠全面、細(xì)致的分析結(jié)
構(gòu)的受力特點，橋梁結(jié)構(gòu)分析計算采用多種大型空間結(jié)構(gòu)計算程序ANYSYS、MIDAS、千年Robot等多個專業(yè)程序進行全面的靜、動力計算分析，并反復(fù)進行復(fù)核驗算，確保了橋梁結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)定，并自行編制了多種更便利的補充程序和符合設(shè)計實際的后處理模塊, 為以后空間異型橋梁設(shè)計提供了合理、高效的橋梁設(shè)計手段
?。?） 大沽橋工程橫系梁拱腳加強部位（材質(zhì)為Q345qD，肋板的厚度為16、20mm）及拱
箱（材質(zhì)為Q370qD，板厚為32、40、60mm）的主角焊縫的焊接是典型的狹小空間焊接。通過施工前的一系列研究，制定了《焊接工藝評定試驗方案》，對應(yīng)每一種接頭都制定了焊接工藝，保證了焊接質(zhì)量。
?。?） 大沽橋拱和縱梁均為厚板結(jié)構(gòu)，板厚為32—60mm，材質(zhì)為Q370qD，這么厚的鋼板
應(yīng)用于全焊鋼橋中無論是在國內(nèi)還是在國外都是罕見的。通過大量的試驗、數(shù)據(jù)采集，并對試驗數(shù)據(jù) 進行整理、歸納、分析、總結(jié)出比較完善的厚板焊接工藝，為今后厚板結(jié)構(gòu)在鋼橋中的應(yīng)用提供了成功經(jīng)驗。
?。?）將三維坐標(biāo)法應(yīng)用于系桿拱橋空間定位的施工測量中。
（5）鋼拱肋安裝中采用了分節(jié)處理，而后分段吊裝、組拼的施工方法，確保了拱肋在空間狀態(tài)下的穩(wěn)定及定位安裝時空間位置的準(zhǔn)確。
?。?）首次在我國北方地區(qū)鋼橋面鋪裝中采用環(huán)氧瀝青混凝土鋪裝技術(shù)（厚50mm），經(jīng)大交通量及高溫考驗，性能穩(wěn)定，使用良好。
天津海河大沽橋工程曾先后獲得中國市政金杯示范工程獎、中國施工企業(yè)管理協(xié)會科學(xué)技術(shù)獎技術(shù)創(chuàng)新成果二等獎、尤金•菲戈獎。
4、 有關(guān)資料
橋名：天津海河大橋
橋型：下承式外傾鋼系桿拱橋
跨徑：24+106+24m
設(shè)計單位：天津城建設(shè)計院有限公司 (Tianjin Urban Construction Design Institute)
施工單位：天津城建集團第三市政公路工程有限公司(Tianjin Urban Construction Group,the 3rd Municipal &Highway Engineering Co.LTD)
混凝土用量：13000
鋼材用量：6000t
造 價：1.6億元
建成日期：2005年3月
