1.概述
長沙洪山大橋是長沙西北環(huán)線上的橋梁，跨越瀏陽河。主橋主跨采用206m無背索豎琴式結(jié)合梁斜拉橋（圖1）。
圖1 長沙洪山大橋全景
橋址處百年一遇20米高10分鐘平均最大風(fēng)速為28.28m/s，歷年最高氣溫40.6℃，歷年最低氣溫-11.4℃，年平均氣溫17.1℃。通航等級VI級。地震基本烈度為VI度?；鶐r埋置較淺，大部分地段基巖裸露，巖性為群板巖。
大橋為城市快速道標(biāo)準(zhǔn)，橋面全寬33.2m。設(shè)計速度60km/h，設(shè)計荷載為城-A級、汽-超20、掛-120、人群3.5kN/m2，并以一輛300t特重車驗算。
2 結(jié)構(gòu)型式和構(gòu)造
大橋跨徑組成為21m（邊跨）+206m（主跨）+30.3m（輔助孔）＝257.3m（圖2）。
圖2 立面布置（單位：m）
?。?） 基礎(chǔ)和索塔
由于橋址處地質(zhì)條件良好，尤其北岸基巖外露，因而塔基采用擴大基礎(chǔ)，底部布置25根防滑短樁。
圖3 索塔構(gòu)造圖（單位：mm）
塔身（圖3）為預(yù)應(yīng)力混凝土箱形結(jié)構(gòu)，水平傾角58°，橋面以上塔高138.3m。截面外輪廓尺寸為12m(順橋向)×8.2m（橫橋向），前后壁厚1.7m～1.05m，側(cè)壁厚0.75m。利用塔內(nèi)的空腔設(shè)有觀光電梯通道，可以通達塔頂?shù)挠^光平臺。
圖4塔梁平衡計算圖示
無背索斜拉橋的典型特征是需要利用索塔的重量來平衡主梁上的荷載，塔身的截面尺寸亦是籍此規(guī)則確定。若將梁節(jié)段自重WT、梁節(jié)段荷載P簡化成作用在拉索錨固點處的集中力（圖4），要使結(jié)構(gòu)處于最為理想的受力狀態(tài)，即塔、梁均處于軸向受力狀態(tài)，兩者應(yīng)遵循以下等式的關(guān)系：
式中 、 分別為索塔和拉索傾角。設(shè)計中取 等于主梁自重加上全部交通荷載的一半。
索塔錨固橫系梁中的預(yù)應(yīng)力筋長度僅為7.5m，回縮損失很大。針對這一問題，研發(fā)了一種新型的鋼絞線二次張拉錨固裝置（圖5）。第一次張拉使夾片夾緊預(yù)應(yīng)力筋，第二次張拉錨杯，擰緊錨杯外螺母固定。這種錨固工藝結(jié)合了夾片錨和螺母的優(yōu)點，實際回縮損失相當(dāng)小。
圖5 二次張拉組合錨具
?。?） 主梁
主跨主梁為鋼－混凝土組合脊骨梁結(jié)構(gòu)（圖6）。中央的鋼箱梁為矩形截面，寬7.0m，高4.4m。近塔的一段（塔根部至1#索）主箱梁壁厚32mm，其余梁段主箱梁壁厚為28mm。人行道布置在中央箱梁的頂面，高出車行道2m。
主箱梁兩側(cè)設(shè)懸臂長度13m的箱形鋼挑梁，挑梁縱向間距4m，其截面寬度為0.7m，根部高2.3m，端部高0.5m。鋼挑梁上設(shè)21cm厚混凝土橋面板，橋面板按3.45縱向長度預(yù)制，接頭現(xiàn)澆，通過挑梁頂板上的大頭剪力釘與鋼挑梁聯(lián)結(jié)起來，橫橋向亦與主箱梁腹板聯(lián)結(jié)。主箱梁內(nèi)挑梁對應(yīng)位置設(shè)置橫隔梁，提供強大的抵抗扭轉(zhuǎn)畸變的能力。
圖6 主梁構(gòu)造（單位：mm）
無背索斜拉橋只在塔的單邊拉索，在活載作用下主梁內(nèi)力變幅相對較大。將混凝土橋面橋布置在主梁截面接近中性軸，亦即應(yīng)力變幅最小的位置，主箱梁作為主要承載構(gòu)件，橋面板僅幫助承擔(dān)部分軸壓力，因此能更好地滿足無背索斜拉橋主梁的受力特點。
主梁為全焊結(jié)構(gòu)，除主箱梁加厚段采用14MnNbq鋼外，其余部分均采用16Mnq鋼，主梁總用鋼量2220t，平均每延米用鋼量為11.7t/m。預(yù)制混凝土橋面板采用C50混凝土，現(xiàn)澆接頭采用C60微膨脹鋼纖維混凝土。
輔助孔主梁為預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁，梁高由2.52m變化到1.56m，上下幅分開，人行梯道從兩幅中間落地。在2號墩處，設(shè)置強大的橫梁將主跨與輔助跨聯(lián)接。
?。?）塔梁連接處
主梁與索塔的連接部位（圖7）借鑒了混合梁的連接方式。塔根部采用鋼殼結(jié)構(gòu)，以利于與主梁銜接。鋼箱梁在連接段的形狀不變，在箱兩側(cè)設(shè)置過渡連接鋼板，變化成索塔形狀。在箱內(nèi)設(shè)計一個喇叭口形狀的填芯區(qū)段，這樣逐漸加大截面使鋼箱梁與塔身結(jié)成整體。在遠離塔根的一側(cè)，在箱梁加勁肋之間設(shè)置了若干加強肋板，進一步保證結(jié)構(gòu)平順過渡。
圖7 塔梁墩連接中剖面圖（單位：mm）
?。?）斜拉索
全橋共13對平行布置的拉索，水平傾角為25°，索長67m～291m。兩排拉索橫向間距6m，其間布置人行道；順橋向梁上索間距12m。斜拉索采用直徑7mm的高強度低松弛鍍鋅鋼絲制成的成品索，全橋斜拉索有三種規(guī)格，分別為PES7-283（1#～3#索）、PES7-223（4#～12#索）和PES7-187（13#索）。拉索錨固采用配套的PESM7冷鑄鐓頭錨固體系，塔端為張拉端，梁端為錨固端，在梁端安裝磁流變阻尼器減小拉索振動。
塔端拉索錨固在索塔的中和軸處。無背索斜拉橋的索塔只在一邊存在錨固點集中力，錨固位置在中和軸與在前后壁的方式相比，可以有效減小索力作用在塔身的附加彎矩。
3 施工
由于斜塔自身不能維持平衡，無背索斜拉橋的施工不能像常規(guī)斜拉橋那樣采用“先塔后梁，梁體懸拼（澆）”的方法，而需要保證施工過程中塔梁的平衡，因而采用“先梁后塔”的工序。
主梁鋼結(jié)構(gòu)部分采用頂推法施工。頂推梁段劃分為16個節(jié)段，其中標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段長度為12m。在橋址處南岸布置拼裝平臺，利用箱梁U形橫隔梁作為拼裝組焊胎架，進行節(jié)段的拼裝焊接。鋼挑梁作為一個整體構(gòu)件在前方另一平臺上完成與主箱梁的連接工作。主跨按等間距設(shè)置了4個輔助墩，利用輔助墩和2號墩上的千斤頂拖引前移，主梁向塔岸延伸。
在主梁頂推同時，在橋塔處支架拼裝塔座鋼殼及與主梁聯(lián)結(jié)段，并完成鋼殼內(nèi)混凝土的施工。待主梁頂推就位、標(biāo)高調(diào)整后，完成兩者的對接焊接。至此主梁鋼結(jié)構(gòu)部分施工完成。
塔身采用爬模工藝施工（圖8），這是迄今國內(nèi)外最大的混凝土斜塔工程。塔身按豎向高度3.95m（即錨固節(jié)點高差的一半）為一澆注節(jié)段。爬模系統(tǒng)由液壓爬升系統(tǒng)、模板系統(tǒng)和架體及工作平臺系統(tǒng)三大部分構(gòu)成，其功能集自動爬升、模板支立、施工平臺于一體。塔身在達到2＃索錨固點位置后，完成1＃索的張拉，在此之前已完成主梁上1＃索至橋塔區(qū)段的混凝土橋面板施工，這樣主梁中的軸力可以由混凝土橋面和鋼箱梁共同承擔(dān)。
圖8 塔身爬模施工
橋面板施工中有一個重要措施。橋面在橫橋向上可以看作由混凝土橋面板和鋼挑梁所組成的橫向懸臂組合梁，在這一結(jié)構(gòu)中混凝土橋面板有嚴(yán)重開裂的危險。為改善混凝土橋面板的受力狀態(tài)，在鋼挑梁上的預(yù)制橋面板與挑梁形成整體受力之前，先在每根挑梁端部施加400kN的預(yù)加壓重（圖9）。橋面板接縫混凝土形成強度后，再去掉壓重，令鋼挑梁反彈，使混凝土橋面板橫橋向處于受壓狀態(tài)。這樣，在汽車荷載作用下，混凝土橋面板在橫向仍能保持1.2MPa的壓應(yīng)力。
圖9 橋面板施工
4 主要技術(shù)特點和創(chuàng)新點
?。?）世界最大跨度的豎琴式（無背索斜塔）斜拉橋，主跨206m。
（2）在大跨豎琴式斜拉橋中，創(chuàng)新應(yīng)用了混凝土斜塔，塔高146.6m，是世界唯一高度超百米的混凝土斜塔，應(yīng)用斜塔爬模成套技術(shù)，解決了混凝土高斜塔施工的難題。
?。?）采用了一種獨特的鋼－混凝土組合脊骨梁主梁結(jié)構(gòu)型式，適合于斜塔無背索斜拉橋特殊的受力要求。
?。?）采用組合懸臂行車道梁，懸臂長度13m；施工中采用大噸位預(yù)壓技術(shù)，不僅有效防止了混凝土橋面開裂，又可使其分擔(dān)拉索水平力。
?。?）將拉索錨固在塔身中和軸上，與錨固在前壁或后壁的傳統(tǒng)方式相比，有效減小了附加內(nèi)力，確保這種特殊的斜拉橋受力良好。
?。?）開發(fā)應(yīng)用了預(yù)應(yīng)鋼絞線組合錨具，對索塔內(nèi)的短索預(yù)應(yīng)力進行二次張拉，徹底解決短索的預(yù)應(yīng)力損失過大的問題。
5 有關(guān)資料
橋 名：長沙洪山大橋
橋 型：無背索豎琴式結(jié)合梁斜拉橋
跨 徑：206m
橋 址：長沙
設(shè)計單位：湖南大學(xué)設(shè)計研究院
施工單位：中鐵大橋局集團第五工程有限公司
工程數(shù)量：混凝土25200m3，鋼材5985t
造 價：1.21億元
建成日期：2004年12月
