關鍵詞：斜張橋 懸索橋 鋼管砼 復合鋼管砼
一、主航道橋方案
我國海南島瓊州海峽的海水深度較大，單純采用橋梁和隧道形式的困難都很大。采用設主、付通航孔的<<便航式跨海浮橋>>方案，主、付通航孔采用大跨徑橋梁的形式，以解決通航問題，也是很實用的方案。主通航孔橋梁的設置位置，在滿足航道要求以后，應該盡量靠近岸邊，以便將水中的錨碇設在較淺的水中，可以減小施工難度。主通航孔橋梁的跨徑擬采用1500米，只適合采用懸索橋方案，邊孔的跨徑擬采用400米。為減小錨碇的體積和施工難度，懸索橋采用斜張橋與懸索橋相結合的復合形式，以減小懸索拉力。即在主孔兩邊400米采用與邊孔相平衡的斜張橋，跨中700米為懸索承載的懸索橋。懸索橋在斜張橋段采用空載索段的形式，筆者在西藏達孜大橋上已采用過，經驗證明是可行的。由于斜張橋承擔了800米橋長的重量，懸索橋只承擔700米橋長的重量，懸索內力和錨碇的重量都將成倍的減小。使1500米特大跨徑的施工能實現，尤其是減小海中錨碇的重量和施工難度。但是內力作功的路程長，懸索的材料并不能節省，斜張橋需要另用材料。
二、構造
1、加勁梁
加勁梁采用鋼桁架，桁架梁的高度大，抗彎剛度大，有利于抗活載變形和抗臺風穩定。斜張橋的斜拉索和懸索橋的吊桿可采用較大的間距，以減少斜拉索和吊桿的數量，便于適應斜張橋與懸索橋相互銜接段變形協調的需要。鋼桁架的通風效果較好，抗風穩定性好?，F代的栓焊鋼桁架梁形體簡潔美觀，養護比較方便，使用經驗成熟。采用管式鋼桁架也很適合，
桿件的園形截面受力穩定性好，對風有失阻效應的穩定作用，節點采用復合鋼管砼，加工簡便，可外包鋼絲網水泥砂漿實現長效防護。鋼絲網水泥砂漿的防裂性能好，水泥船的成功應用即先例，是鋼鐵銹蝕防護的簡便和實用措施。懸索橋區段采用空鋼管桁架結構，斜張橋區段采用鋼管砼和復合鋼管砼桁架結構，而腹桿和水平風構采用空鋼管。鋼管桁架的剛度加強方便，可以采用鋼管砼、雙管下弦桿和管內加設預應力筋的方法。
2、橫梁桁架
寬橋的橫梁支承間距大，適合采用高度大的鋼桁架，桁架剛度大，自重較輕，能夠滿足承受重大活載的需要，施工簡便。橫梁桁架的上弦桿和橋面厚度范圍采用復合鋼管砼，即現澆鋼筋砼作正交異性鋼橋面板的濕接頭，加強橋面板與橫梁上弦桿的結合和整體性，有利于加強上弦桿的受壓，橫梁上弦桿可避免橋面板的剪力滯后，橋面板整體受力性能好。橫梁桁架變形小，能夠提高正交異性鋼橋面板的剛度，有利于橋面鋼板與瀝青砼的結合，保證瀝青砼橋面的使用壽命。而下弦桿和腹桿采用空鋼管結構，便于下弦桿內布設無粘結預應力筋，并采用外包鋼絲網水泥砂漿作長效防護。
3、橋面板
鋼橋面鋼板厚度采用δ=
4、風構
橋面板與加勁桁架相結合，起到上部水平風構的作用，橫向剛度很大。下部水平風構采用X形空鋼管結構，可采用鋼絲網水泥砂漿作長效防護，施工簡便。
5、節點：
節點都按復合鋼管砼結構處理，即鋼管作相貫焊接，相互間焊加勁肋板加強，按節點板的大小和形式加強鋼筋配置，再澆灌節點內（鋼管接頭）、外（節點板）砼。桁架節點為復合鋼管砼結構，節點剛度大，韌性很好，同樣能起到鋼節點板的作用。
6、吊點牛腿：
在加勁桁架外側設牛腿作吊點，橫梁桁架上弦桿鋼管在加勁桁架上弦桿鋼管之下，可利用外伸橫梁桁架上弦桿鋼管作牛腿，再在加勁桁架上弦桿鋼管上加焊鋼管加強牛腿，兩鋼管焊加勁肋板和鋼筋加強，鋼管內、外形成復合鋼管砼牛腿。具有足夠大的抗彎、剪剛度，構造簡單，聯結可靠，施工簡便，對斜張橋和懸索橋的錨聯都方便。
7、塔架
主航道橋的跨徑很大，又為斜張橋和懸索橋的結合形式，塔架要受斜張橋彎矩的影響。塔架高達
預應力，以平衡兩邊斜拉索的水平分力。剛架的復合鋼管砼水平橫撐僅設中部，以便斜拉索張拉錨固，兩側空間留作升、降通道，同樣起到箱形塔柱的作用。塔架的穩定和抗彎、扭剛度都大，也能提高面梁的抗彎剛度。斜拉索和懸索索面布置呈外張形式，對橋面橫向穩定有利。塔架橫橋方向的立面形式為“門”字形剛架或鋼管桁架，橫向聯接都設在塔柱上，空間抗扭剛度較大。塔柱的橫向寬度和剛度很大，抗風穩定性好，采用復合鋼管砼和鋼管砼骨架施工都較方便。斜張橋對塔架具有平衡穩定的作用，塔架雖然很高，但是穩定性能很好。
8、塔架和錨碇基礎
由于主航道橋的跨徑很大，塔架和錨碇基礎的內力巨大。深水中的塔架和錨碇基礎體積很大，適合采用大型的鋼沉箱基礎開挖下沉和堆石灌漿365JT技術施工，方法安全可靠。陸地上錨碇的施工條件好，采用明挖施工很方便。塔架也可采用樁基礎，只是樁基的數量較多，可作經濟比較來選擇?；A的具體365JT設計，需要由實際的地質情況而定。
9、主纜防護
懸索橋的主纜防護很重要，是保證大橋安全的關鍵?，F在傳統采用的主纜防護方法還不夠完善，主纜仍然需要經常維護。采用不銹鋼板組合導管復合防護，施工方法簡便，價格比較合理，能夠實現長效的防護。斜拉索和吊桿也可以采用不銹鋼板組合導管復合防護，使纜索系統經久耐用。
10、樁基施工
在淺海中采用大直徑樁基礎也很適合，需要由實際的地質情況而定。
三、計算
1、 基本資料：
計算跨徑L=
汽車-超20級 掛車-120 升溫Δt=30ºC
2、 計算方法和模式：
采用單片桁架和單索面作建模，考慮活載的偏心影響作用，利用平面桿系程序作計算。對懸索、吊桿和斜拉索單元，作應力剛化處理。
斜張橋和懸索橋相結合的結構形式，采取結構措施是可行的。但是，兩種橋型的剛度特性相差較大，加上橋梁的跨徑很大，結構單元很多，整體統一計算有一定難度。斜張橋和懸索橋都能獨立成橋，只是相互聯結以后的配合問題不清晰，需要分析清楚，并采取適當的結構措施，以保證橋梁的安全。斜張橋為穩定的三角形，橋面變形撓度很小，但不能過多的超載。懸索橋為柔索承載，是結構可變形體系，柔索的變形撓度較大，橋面變形由加勁桁架承受、傳遞和改善。當懸索的安全度滿足要求時，它可以承受更大的荷載。斜張橋和懸索橋相結合時，加勁桁架將傳遞其相互影響。斜張橋的變形撓度很小，它可以幫助懸索橋端部減小變形。但是，大跨徑斜張橋拉索的非線性變形明顯，它的變形撓度也較大，橋面剛度是比較柔性的。懸索橋的承載能力大，它可以幫助斜張橋承受部分荷載。大跨徑懸索橋的主索拉力很大，張力的抗重力剛度也大，可以減小變形撓度。根據兩種橋型的互助性能，它們的剛度變化，變形撓度不協調和可能協調的兩面性，能夠加以協調利用，可以保證橋梁的安全。采取的具體作法有兩條，一是采用剛度較大的加勁桁架，二是將懸索橋的吊桿插入到斜張橋內一定的長度，使用懸索幫助斜張橋承載，即加大懸索的承載能力，保證二者都安全。兩種橋型的結合使用，不必要絕對的明確，采用增加結構的安全度也是實用的方法。著名的布魯克寧大橋至今已使用100多年，它加的許多斜拉索，在當時是無法計算清楚的，但是對大橋的穩定和安全都起到了保證作用。
對斜張橋和懸索橋分別單獨計算，并將塔架也分別納入一并計算，可以看出兩種橋型對塔架的影響程度。采用有限單元建模時，斜張橋按其實際橋長考慮，懸索橋按插入斜張橋內的吊桿位置作橋長計算。懸索橋設計采用的計算內力，實際比采用吊桿不插入斜張橋時的計算內力大，以此來保證兩種橋型協同承載的絕對安全。
3、 橋型建模：
⑴斜張橋：
①加勁桁架簡化為單一的梁單元，單元剛度按軸壓力大小劃分為鋼管、鋼管砼和復合鋼管砼三種類型，為桁架和橋面板組成的板桁結構，砼按其與鋼的彈性模量比值換算為統一的鋼材計算。
②塔架簡化為單一的柱單元計算，將橫撐簡化為集中力加載。
③橋面和橫梁簡化為集中力加載。
④斜拉索間距為
⑤橋面梁的外部邊界條件, 端部起點為簡支活動支座, 另一端為連續梁狀態。
⑥斜拉索單元按鉸接節點處理，梁單元按剛接節點處理。
⑦已經考慮鋼絲網水泥砂漿作長效防護和橋面瀝青砼的重量。
⑵懸索橋：
①加勁桁架簡化為單一的梁單元，為鋼管桁架和鋼橋面板組成的板桁結構。
②塔架按剛架桿件單元計算，將橫撐簡化為集中力加載。
③橋面和橫梁簡化為集中力加載。
④吊桿間距為
⑤已經考慮鋼絲網水泥砂漿作長效防護和橋面瀝青砼的重量。
⑥橋面的外部邊界條件,端部為實際的連續梁狀態。
⑦加勁桁架考慮了插入斜張橋部分的長度。
⑧索單元按鉸接節點處理，梁單元按剛接節點處理。
⑨加勁桁架的長度，作了計入斜張橋部分長度和不計入斜張橋部分長度的比較計算。
⑩對插入斜張橋部分長度的吊桿, 集中力加載可以按分級漸增的變化方式處理, 達到既實現懸索空載索段的限位目的, 又減少對斜張橋內力的過多影響。
四、計算結果：
1、 斜張橋：尚未調整索力。
⑴塔柱：塔底N=-816197KN.m M=-413677 KN.m
⑵加勁梁：塔架根部Nmax=-146435KN Q=8746KN M>-968511KN.m
中部N=-91126KN.m Q=-674KN M=-607882KN.m
端部Nmin=-5253KN Q=3640KN M=795666KN.m
⑶斜拉索：Fmin=6003KN F=10015KN Fmax=20549KN
⑷撓度：δ=
2、 懸索橋：按垂跨比1/6和1/8作對比計算, 刮弧內為垂跨比1/8計算結果。
⑴塔柱：塔頂N=-171743KN (204433KN)
⑵懸索：Tmax=202312KN(287240KN) H=184784KN(273557KN)
⑶加勁梁：Mmin=-35912KN.m(35912N.m) Mmax=-940340KN.m(888006 KN.m)
⑷吊桿：Fmin=2084KN(2138KN) Fmax=8609KN(22230KN)
⑸撓度：δ=
五、截面強度：
1、斜張橋：
⑴塔柱：塔底N=--816197KN.m M=-413677 KN.m 未計入風力影響。
塔柱底承載強度：按復合鋼管砼計算, 即按各自的材料強度和安全系數, 并作強度疊加組合。 采用16Mn鋼管6Ø1000x12 As=
N1=N/2+M/h=816197/2+413677/37=419279KN
N2=N/2-M/h=816197/2-413677/37=396918KN
鋼管砼短柱強度：No= fs As+ fc Ac+ Ac fs(1.2/48.8)=(315*372.5+23.5*7481.5+ 7481.5*315*
0.0246)/10=35113 KN
單肢復合鋼管砼強度：未計配筋強度。
N= 6No+(1/rc)*(Agc-6Asc)*Ra/10=6*35113+(1/1.25)*(300*600-6*7854)*28.5/10=513635 KN>
N1=419279KN
⑵加勁梁：索力未調整, 彎矩值偏大, 僅考查其抗壓承載能力。
①塔架根部Nmax=-146435KN Q=8746KN M>-968511KN.m
橋面梁平均抗壓強度：按復合鋼管砼計算, 即按各自的材料強度和安全系數, 并作強度疊加組合。采用16Mn鋼管2Ø600x12 As=
fc=23.5mpa Ra=28.5mpa Rg=345mpa Agc=
單根鋼管砼短柱強度：No= fs As+ fc Ac+ Ac fs(1.2/28.8)=(315*222+23.5*2606+2606*315* 0.0417)/10=16540KN
復合鋼管砼強度：N=2 No+(1/rc)RaAgc+(1/rs)RgAg =2*16540+[(1/1.25)*26400*28.5+(1/1.25)*
1920*345]/10=146264 KN ≈Nj=-146435KN 考慮
②中部N=-91126KN.m Q=-674KN M=-607882KN.m
橋面梁平均抗壓強度：Agc=
復合鋼管砼強度：N=2 No+(1/rc)RaAgc+(1/rs)RgAg =2*16540+[(1/1.25)*16500*28.5+(1/1.25)*
1200*345]/10=103820KN>Nj=-91126KN 考慮
③端部Nmin=-5253KN Q=3640KN M=795666KN.m
橋面梁平均抗壓強度：按鋼結構計算, 橋面板取
As=
N=σ(As+ Ag)=210*(444+1200)/10=34524KN>Nj=-5253KN
⑶斜拉索：Fmin=6003KN F=10015KN Fmax=20549KN 按調整索力情況而定。
2、懸索橋：按垂跨比1/6和1/8作對比計算, 刮弧內為垂跨比1/8計算結果。
⑴塔柱：塔頂N=-179521KN(-204433KN)
按復合鋼管砼計算, 即各自的材料強度和安全系數, 并作強度疊加組合。采用16Mn鋼管2Ø400x8 As=
單根鋼管砼短柱強度：No= fs As+ fc Ac+ Ac fs(0.8/19.2)=(315*98.5+23.5*1158+1158*315*
0.0417) /10=7345KN
復合鋼管砼強度：N=8 No+(1/rc)RaAgc=8*7345+(1/1.25)*95544*28.5/10=276600KN> Nj
=(-204433KN)
⑵懸索：采用1/6和1/8兩種垂跨比分別計算作對比, 顯然前者的水平拉力小88516KN, 采用復合鋼管砼增加塔高好解決,對于錨碇施工條件困難的意義重大。
Tmax=202312KN(287240KN) Hmax=184784KN(273300KN)
⑶加勁梁：采用分節段餃接安裝, 橋面調整定型以后再作焊接處理, 以便與斜張橋協調和銜接, 消除梁安裝引起的恒載內力, 使吊桿內力均勻。加勁梁可以采用鋼管砼、雙管下弦桿和管內加設預應力筋的方法,對桁架的剛度進行加強較方便。
Mmin=-35912KN.m(35912N.m) Mmax=-940340KN.m(888006 KN.m)
⑷吊桿：因為加勁桁架的剛度大,其變形導致吊桿受力不均勻, 也有吊桿退出工作的現象發生。Fmin=2386KN(22230 KN) Fmax=8609KN(2331 KN)
⑸撓度：δ=
六、結束語：
1、斜張橋和懸索橋相結合的結構形式，采取結構措施是可以實現的，充分發揮出其特點和大跨徑的優勢，施工難度減小，也安全可靠，較為經濟實用。
2、懸索拉力的大小由垂度決定，1/6垂跨比的拉力較小，可以減小錨碇體積和施工困難，更適合于跨海懸索橋。具有空載索段的懸索拉力，為橋面長度與跨徑所佔比值的大小。
3、采用封閉箱形的正交異性鋼橋面板，剛度加大，透風效果好，用材合理，加工簡便，便于作長效防護?？砂葱枰沓漤牛⑴c加勁桁架和橫梁桁架的上弦桿相組合形成板桁結構。
4、采用鋼管加勁桁架與復合鋼管砼技術相結合，便于鋼管、鋼管砼和復合鋼管砼結構的形成變化，加工簡便，便于作長效防護，并與橋面板相組合形成板桁結構。
5、采用復合鋼管砼作塔架，結構強度較高，材料韌性好，抗震和抗風性能好，施工較方便，比單純的鋼和鋼筋砼塔架更經濟合理。
6、采用在橋面中央分隔帶設透風氣隙，有利于橋面上下的氣壓平衡。加勁桁架剛大，透風性能較好，都有利于抗風穩定。平板形式的橋面，對氣流的擾動小，也有利于抗風穩定。斜張橋為穩定的三角形結構，抗風穩定性能也好，可起到明顯的作用。將懸索在跨中加設較強的斜傾吊桿與加勁桁架連接，有利于消除橋面的反對稱振動。
7、采用復合鋼管砼和鋼絲網水泥砂漿實現長效防護，解決了節點的加強和鋼鐵防銹蝕難題，增加的重量很有限，仍是經濟合理的。
8、作為解決通航問題，能采用大跨徑橋梁更好，因為橋梁的管理和行車條件好于隧道，不需要通風、照明、監控和防火設施。本方案的設計和施工新思路，有助于<<便航式跨海浮橋>>方案的順利解決。
