（1 合肥工业大学土木与水利工程学院；2安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司安徽）
摘要：芜湖长江公路二桥主桥为（100+308+806+308+100）m的五跨连续分肢柱式塔四索面全漂浮体系分离式钢箱梁斜拉桥，该桥主梁纵向采用漂浮体系。全桥采用了新技术，主梁采用弧形底板流线形分离式钢箱梁，桥塔采用了新型分肢柱式塔，斜拉索研发了同向回转锚索技术，并首次采用了新型斜置式粘滞阻尼器，结构新颖、创新性强，为超大跨径斜拉桥设计提供了重要参考。
关键词：斜拉桥；分肢柱式塔；四索面；分离式钢箱梁；同向回转锚索系统；桩基础
1 引言
芜湖长江公路二桥及接线是安徽省高速公路网规划“四纵八横”中“纵二”（徐州～蚌埠～合肥～芜湖～黄山）的一段，是连接安徽省长江两岸的又一条快速通道。芜湖长江公路二桥处在芜湖长江大桥和铜陵公铁两用大桥之间，上游距离铜陵公铁两用大桥约24公里，下游距离芜湖长江大桥约34公里。
项目起于无为县石涧镇，接规划中的北沿江高速公路，终于繁昌县峨山镇，接已经建成的沪渝（南沿江）高速公路，路线全长55.512公里，北岸接线长20.782公里，南岸接线长20.748公里，跨江主引桥长13.982公里，主桥方案为100+308+806+308+100m五跨柱式塔分离钢箱梁四索面斜拉桥，全漂浮体系，桥面全宽33m，塔高262.48m，主桥长1622m，具体见图1。超大跨径斜拉桥结构体系及受力性能复杂，抗风和抗震等动力性能对结构设计至关重要，各种非线性问题突出，桥梁结构设计复杂[1~3]。
图1 芜湖二桥主桥总体布置图
2 索塔设计
索塔为新型分肢柱式塔（如图2所示），矩形断面，空心结构，总高262.48m。塔柱断面横向宽8~18.5m，纵向宽7.25~15m，中、下塔柱透空。上塔柱底设18m高隔室，下横梁为12×8m矩形断面，塔底箱形防撞底连内设一字隔墙。索塔外侧连续变倒角，由底部开始渐增为塔顶的3.15m×2.65m。上塔柱接近菱形，不仅降低了截面风阻效应，更是适应了鞍座锚索设计。上塔柱底设18m高隔室，下横梁为12×8m矩形断面，塔底箱形防撞底连内设一字隔墙。承台为厚8m、直径39m的整体圆形承台，下设30根直径3m的钻孔桩，梅花形布置。
芜湖长江公路二桥桥位恰是渡江战役打响第一枪的地方，由此“渡江”和“远航”成为大桥工程设计的美学主题，主导了主桥景观的造型构思。设计过程中创造性的提出分肢柱式塔，整体受力性能好，视觉通透，加上人字形、船帆、桅杆等丰富的景观元素，刚劲不失柔美，雄壮不失纤细。索塔外侧连续变倒角，上塔柱接近菱形，不仅降低了截面风阻效应，更是适应了鞍座锚索设计。
3 主梁设计
主梁为扁平弧形底板分离钢箱，正交异性钢桥面板，总宽53m（不含风嘴及斜拉索检修道），中线处梁高3.5m。箱梁标准段每3.2m设一道横隔板。53m宽主梁由双18m宽单箱和中间17m宽透空带组成，具体见图3。
顶钢板厚度由16mm，在锚拉板内外侧2m范围内设置20mm的刚度过渡。顶板局部刚度增强，桥面工作状态改善。小而刚的分离钢箱梁采用16m索距、4m隔板间距、16mm顶板，形成了相互支持的优势组合。18m（不含风嘴）宽较小的梁体，有利于采用弧形底板，更好地抵抗平面外曲屈，且抗风性能更为优越。
采用四索面分离钢箱梁，由四索面分为两个半幅，再以横梁居中连接，横向刚度大，解决了横梁跨距过长、承载过大、结构复杂的问题，改善了结构横向受力。拉索索力由四索面沿梁横向分配，减小了锚具及索力，避免了局部锚索应力过大，也降低了梁内剪力流。采用分离钢箱梁能够与分肢柱式塔构成整体优势。主梁抗风性能好，采用弧形底板，改进了主梁断面气动性，以降低风阻系数，在已建大跨度斜拉桥中，首次不用安装导流板已满足涡振及颤振风速。同时采用四索面，中间横梁的受力只受到轴压力及较小的弯矩作用，通过优化，通过减少了工字型横梁的高度，并减少了箱型横梁的截面，在保证结构安全性的基础上，降低了工字型横梁用量及钢箱梁的整体造价。
4 拉索设计
芜湖长江公路二桥锚索系统首次采用了同向回转鞍座锚索系统，即每根拉索穿过桥面一侧锚具，绕过索塔后锚回到桥面同桩号另一侧锚具，形成一对同编号拉索。斜拉索横桥向连续绕过塔柱，索力的环形径向压力转换成塔柱的环向预应力，具体见图4。同向回转鞍座锚索系统避开了索力顺桥向的不平衡，利用了拉索横桥向的对称性，索力差大幅降低，使得鞍座用于常规斜拉桥成为可能[4~7]。
鞍座由锚体、导管、过渡管和延伸管组成。锚体位于圆弧段，由外壳、分丝管、限位板、填充料组成；在限位板上开孔，分丝管穿过限位板对应孔位被固定，限位板与锚体外壳相连，在锚体内分丝管间隙灌注微膨胀混凝土填充料，具体见图5。
锚体构成新型鞍座的核心，可为索股提供更有效的夹持和防护。锚体内平行设置的异型截面不锈钢分丝管在摩擦系数相同时，对索股产生双倍的摩擦力。分丝管之间以C50微膨胀细石混凝土灌填，为拉索通过鞍座时产生的径向压力提供传递路径。
同向回转拉索体系将拉索的拉力转换为压力施加在塔柱结构上，从根本上避免产生拉应力，使塔柱以承压为主，充分发挥混凝土材料的抗压性能，减小塔柱内的拉应力集中现象，提高了结构的耐久性能。
5 阻尼约束系统设计
根据桥梁抗震及抗风分析[8~10]，本桥设置横向阻尼约束体系能够有效减小结构在风荷载和地震荷载作用下的动力响应，且能适应塔梁顺桥向的位移变化。为了实现横向阻尼约束体系，同时考虑到施工便利性和造价，将传统设计中仅控制顺桥向响应的多功能粘滞阻尼器斜置30°，同时对主梁顺桥向和横桥向提供阻尼约束，兼顾纵、横桥向的运动，阻尼器行程设计为双向位移的综合，整合“减振抗震、减振抗风、双向控制、有限限位””四项技术为一体，提出了一种全新的斜拉桥主梁阻尼约束系统。每个桥塔处安装4台阻尼器，全桥共计安装8台，阻尼器在桥塔处的布置具体见图6。
6 结论
芜湖长江公路二桥跨江主桥采用了100+308+806+308+100m五跨柱式塔分离钢箱梁四索面斜拉桥，基于“适应性、技术性、安全性、经济性”原则，首次采用了弧形底板流线形分离式钢箱梁、分肢柱式塔结构、同向回转锚索锚固系统、新型斜置式粘滞阻尼体系等新结构和新技术，构造新颖、创新性强，为超大跨径斜拉桥设计提供了重要参考。
参考文献
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论文作者:梅应华1,窦巍2
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第24期
论文发表时间:2018/12/4
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