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（）文章编号：００３－４７２２２０１５０２－００９４－０５１
总第２桥梁建设 ２０１５年第４５卷第２期（３１期）
，Ｖ）ＢｒｉｄｅＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｏｌ．４５，Ｎｏ．２，２０１５（ＴｏｔａｌｌＮｏ．２３１ ｇｙ
万州长江三桥桥塔设计
李 刚
（）中铁大桥勘测设计院集团有限公司，湖北武汉４３００５６
）ｍ。桥塔摘 要：万州长江三桥为双塔混合梁斜拉桥，跨径布置为（７．５＋７３０＋４×５７．５４×５
采用具有欧式建筑风格的钻石塔型，既减小了水下基础规模，又与当地建筑相得益彰。桥塔由上、北塔高２两塔下横梁以上保持一致。由于地中、下塔柱和下横梁构成，南塔高２４８．１２ｍ，０８．２ｍ，形的，南、北塔下塔柱高度相差悬殊，为充分考虑两塔刚度差的影响，直接在全桥总体模型中进行桥塔分析。采取３项措施（对下横梁进行分节段浇筑、优化下塔柱与下横梁截面及对下塔柱增设竖向预应力）有效解决了北塔下塔柱与下横梁形成的横向框架刚度过大的难题。采用横向框架杆系模型与节段细部实体模型结合的方法，确定了理想的索塔锚固区预应力布置形式。受力分析表明，桥塔各构件均满足规范要求。
关键词：斜拉桥；桥塔；塔型；横向框架；索塔锚固区；结构设计；关键技术；有限元法中图分类号：Ｕ４４８．２７；Ｕ４４３．３８
文献标志码：Ａ
ＤｅｓｉｎｏｆＰｌｏｎｓｏｆＴｈｉｒｄＷａｎｚｈｏｕＣｈａｎｉａｎＲｉｖｅｒＢｒｉｄｅ ｇｙｇｊｇｇ
ＬＧＩａｎ ｇ（，，Ｗｕ）ＣＣｏ．Ｌｔｄ．ｈａｎ４３００５６，ＣｈｉｎａＭａｏｒＢｒｉｄｅＲｅｃｏｎｎａｉｓｓａｎｃｅ＆ＤｅｓｉｎＧｒｏｕｈｉｎａＲａｉｌｗａ ｊｇｇｐｙ
：ＡｂｓｔｒａｃｔＴｈｅＴｈｉｒｄＷａｎｚｈｏｕＣｈａｎｉａｎＲｉｖｅｒＢｒｉｄｅｉｓａｄｏｕｂｌｅｌｏｎｈｂｒｉｄｉｒｄｅｒｃａｂｌｅ－ｐ－ ｇｊｇｇｙｙｇ ｓｌｏｎｓｏｆｔｈｅｂｒｉｄｅａｒｅｔａｅｄｂｒｉｄｅｗｉｔｈｓａｎａｒｒａｎｅｍｅｎｔ（４×５７．５＋７３０＋４×５７．５）ｍ．Ｔｈｅ ｐｙｇｙｇｐｇｓｌｏｎｓｏｆｓｕｃｈｋｉｎｄｎｏｔｔｈｅｄｉａｍｏｎｄｈａｅｌｏｎｓｆｅａｔｕｒｉｎｔｈｅＥｕｒｏｅａｎａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅｓｔｌｅ．Ｔｈｅ－ ｐｙｐｐｙｇｐｙ
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ｌｏｎｉｓ２０８．２ｌｏｎｉｓ２４８．１２ｍｈｉｈ，ｔｈｅｎｏｒｔｈｌｏｗｅｒｃｏｌｕｍｎｓａｎｄｌｏｗｅｒｃｒｏｓｓｂｅａｍｓ．Ｔｈｅｓｏｕｔｈ ｐｙｐｙｇ，ｍｈｉｈａｎｄａｂｏｖｅｔｈｅｌｏｗｅｒｃｒｏｓｓｂｅａｍｓｔｈｅｄｅｓｉｎｏｆｔｈｅｔｗｏｌｏｎｓｉｓｋｅｔｉｄｅｎｔｉｃａｌ．Ｒｅｓｔｒｉｃｔｅｄ ｇｇｐｐｙ
，ｂｔｈｅｔｏｏｒａｈａｔｔｈｅｂｒｉｄｅｓｉｔｅｔｈｅｈｅｉｈｔｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｌｏｗｅｒｃｏｌｕｍｎｓｏｆｔｈｅｓｏｕｔｈ ｙｐｇｐｙｇｇ ａｎｄｎｏｒｔｈｌｏｎｓｉｓｒｅａｔａｎｄｔｈｅｄｅｓｉｎｏｆｔｈｅｌｏｎｓｉｓｈｅｎｃｅｄｉｆｆｉｃｕｌｔ．Ｔｏｔｈｏｒｏｕｈｌｃｏｎｓｉｄｅｒ ｐｙｇｇｐｙｇｙ
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收稿日期：０１４－１０－２３２
：作者简介：李 刚，工程师，大跨度桥梁混凝土结构设计。ａｉｌｆｒｅｅｓｋｌ２６．ｃｏｍ。研究方向：Ｅ－ｍ＠１ｙｇ
万州长江三桥桥塔设计 李 刚
１ 工程概况
万州长江三桥位于重庆市万州区主城区中心地带，是一座公路兼城市道路功能的桥梁。大桥建设条件复杂、设计难度大，跨江主桥为主跨７３０ｍ的双
［］１
，跨径布置为（塔混合梁斜拉桥（图１）７．５＋４×５
９５
）ｍ。主跨采用双索面布置，主梁为７３０＋４×５７．５
钢箱梁结构；边跨采用索面布置，主梁为混凝土变宽箱梁结构；钢－混结合段位于桥塔中心线偏中南塔位于深水区，跨２ｍ位置。由于受地形影响，
而北塔位于山坡上，导致南、北桥塔塔高相差较大。
图１ 万州长江三桥总体布置
ｉ．１ＯｖｅｒａｌｌＡｒｒａｎｅｍｅｎｔｏｆＴｈｉｒｄＷａｎｚｈｏｕＣｈａｎｉａｎＲｉｖｅｒＢｒｉｄｅＦ ｇｇｇｊｇｇ
２ 主要技术标准
（）道路等级：一级公路，兼城市桥梁交通功能。１
（）设计车道：双向６车道。２（）设计汽车荷载：公路－Ⅰ级。３
／（）设计行车速度：主线桥为６０ｋｍｈ。４（）通航标准：级航道，通航净高不小于５２）Ⅰ（单孔双向通航净宽不小于４４ｍ，６５ｍ。２
（）船撞力标准：桥塔按５设６００ｔ船舶计算，０ 计船撞力为３２ＭＮ。
（）抗震设防标准：按地震基本烈度７度设防。７
３ 桥塔结构设计对斜拉桥而言，桥塔是全桥最关键的受力构件
２，３］
，由于该桥南桥塔位于深水区，之一［为尽量减小
图２ 桥塔造型方案
ｉ．２ＳｃｈｅｍｅｓｏｆＰｌｏｎＣｏｎｆｉｕｒａｔｉｏｎＦ ｇｙｇ
为６．纵向为１３～８ｍ、１．６～１１．９３ｍ。下塔柱标准横向靠塔内侧壁厚为２．其余方向段高４．２ｍ，５ｍ，塔柱底渐变段高４．塔底壁厚壁厚均为２．０ｍ；０ｍ，在横向外侧、横向内侧、纵向分别加厚为２．８，３．３，２．５ｍ。下塔柱与承台之间设置高３ｍ的实体过渡段。
外轮廓尺寸横向为南塔下塔柱高５３．６２ｍ，纵向为１３～１０．３ｍ、１．６～１３ｍ。下塔柱标准段６．
壁厚均采用１．下塔柱顶加厚段高高２６．８２ｍ，３ｍ；壁厚横向为１．纵向为２．柱顶加厚３ｍ，８ｍ、０ｍ，９．
塔柱底渐变段与标准段之间的渐变段高５．０ｍ；塔底壁厚均加厚为２．段高８．０ｍ，５ｍ。塔柱与承
深水基础的规模，最终确定采用钻石型桥塔。确定
４］
（图塔型后，进行桥塔景观设计，对５种造型方案［
）进行比选，最终选择采用欧式建筑风格、蕴含钟楼２
。古韵的方案二（西山钟楼为万州标志性建筑之一）
考虑主桥总体布置的要求，并经过多次受力优化，最终确定了桥塔结构。桥塔由上、中、下塔柱和北塔高２两下横梁构成，南塔高２４８．１２ｍ，０８．２ｍ，塔下横梁以上保持一致。桥塔结构见图３。３．１ 下塔柱
两桥塔下塔柱有所不同，北塔下塔柱高１３．７外轮廓尺寸在相同高度处和南塔保持一致，横向ｍ，
桥梁建设 ＢｒｉｄｅＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｇ（）２０１５，４５２
９６
图３ 桥塔结构Ｆｉ．３ＳｔｒｕｃｔｕｒｅｓｏｆＰｌｏｎｓ ｇｙ
台之间设置高４．５ｍ的实体过渡段。由于南塔位于深水区，为增强塔柱防船撞能力，在下塔柱箱形截同时在塔柱之间面内增设１道横隔板，板厚１．０ｍ，增设了弧形连接板，以保证两侧塔柱能共同承受船撞力。为减小水流冲击，并降低船撞力影响，将塔柱截面设计为多边形截面，在塔外侧设置２道４．５ｍ×１．０ｍ的倒角。３．２ 下横梁
出于造型及受力的考虑，两塔下横梁采用变高宽１梁。跨中采用单箱单室构造，梁高５．０ｍ、０．５腹板厚１．顶、底板壁厚均为０．ｍ，８ｍ，２ｍ。考虑受由于根力及造型的需要，根部梁高增加为１２．０ｍ，部梁高很大，该处采用单箱双室构造。３．３ 中塔柱
截面形式与下塔柱类两塔中塔柱高１０９．８ｍ，似，同样为外侧带倒角的多边形截面，截面外轮廓尺纵向为８．寸横向为６．３ｍ、２～１１．６ｍ。中塔柱标壁厚横向为１．纵向为１．准段高７７．８ｍ，０ｍ、２ｍ；柱底加厚段高７．壁厚横向为１．纵向为０ｍ，６ｍ、柱底加厚段与标准段之间的渐变段高５．８ｍ，０１．
柱顶渐变段高６．壁厚均加厚为１．柱顶ｍ；０ｍ，８ｍ；渐变段之上为高１考虑受力、１．５ｍ的塔柱交汇段，景观等方面要求，构造较为复杂。
３．４ 上塔柱
采用等截面。考上塔柱（不含塔冠）高７９．５ｍ，虑到索塔锚固区布置预应力的方便，塔柱采用带圆纵向为角的矩形截面，外轮廓尺寸横向为４．５ｍ、壁厚横向为０．纵向为１．６ｍ，８ｍ、４ｍ。塔顶为７．
为体现西山钟楼的建筑２ｍ高的塔冠景观构造，５．
风格，连接横２道上塔柱之间设置了６道连接横梁，宽７．中间隔板梁采用“形等截面，高３．５ｍ、０ｍ，Ｈ”腹板厚１．厚０．８ｍ，２ｍ。４ 设计关键技术
４．１ 桥塔总体计算方法选择
由于该桥南、北塔塔高相差很大，直接导致高度较小的北塔总体刚度远大于南塔。又由于北塔处基岩裸露，而南塔处有很厚的覆盖层，北塔基础刚度明显高于南塔，这进一步加大了两塔的刚度差别。为充分考虑两塔刚度差的影响，该桥桥塔设计时直接在总体模型（采用ＭＩＤＡＳＣｉｖｉｌ建立的全桥三维杆
５～８］
，系有限元模型，图４）中进行结构计算与优化［并将基础刚度计入模型。
４．２ 北塔下塔柱与下横梁横向框架难点处理
通过在总体模型中进行斜拉索索力的调整及塔截面的多次优化，桥塔大部分截面的受力都很好地
万州长江三桥桥塔设计 李 刚
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除钢束锚固区及垫石与塔底固结面５。由图５可知，
，最等应力集中区域外，最大主拉应力约为１．３ＭＰａ
９］，，圆均满足规范要求［大主压应力约为１５．６ＭＰａ
满地解决了该桥桥塔设计中最大的技术难题。４．３ 索塔锚固区预应力布置方案确定
索塔锚固区是斜拉桥桥塔设计的关键之一。该
图４ 全桥三维杆系有限元模型
ｉ．４ＴｈｒｅｅｉｍｅｎｓｉｏｎａｌＬｉｎｋＦｉｎｉｔｅＦ －ＤｇＥｌｅｍｅｎｔＭｏｄｅｌｏｆＷｈｏｌｅＢｒｉｄｅ ｇ
桥索塔锚固区采用预应力锚固体系，预应力设计时，首先通过杆系横向框架模型得到初步的预应力束型，再建立上塔柱节段实体模型，考察索塔锚固区的局部受力状况，经反复优化，最终确定了理想的预应力布置方案。在该预应力布置方案下塔柱局部受力见图６，由图６可知，除个别应力集中区域外，最大，最大主压应力约为９．主拉应力约为１．１ＭＰａ８
９］
，，塔柱受力状况良好。均满足规范要求［ＭＰａ
控制在了规范容许的范围内。但由于北塔下塔柱高度非常小，造成下塔柱与下横梁组成的横向框架刚度过大，由此带来了一系列受力难点。为解决该难题，设计时采取了３项对策：①优化施工步骤。对下横梁进行分段施工，在下横梁与塔柱交界处设置后浇段，在后浇段合拢前，先张拉一部分预应力，这部分预应力直接作用在下横梁上，不会对下塔柱产生影响；在后浇段合拢后，再张拉剩下的预应力。②优化下横梁及下塔柱的结构尺寸，从而减小横向框明显小架刚度。下横梁跨中梁高仅设计为５．０ｍ，于同规模斜拉桥；尽量减小下塔柱的外轮廓尺寸，而，这样既增加适当增加壁厚（尤其是靠内侧的塔壁）了截面面积，又没有显著提高截面的抗弯惯矩，同时通过适当改变截面中性轴的位置，改善截面的应力状况。③为进一步降低塔柱外侧角点的拉应力，增加结构的安全储备，考虑在塔壁外侧设置竖向预应力。施工时将竖向预应力钢束的固定端预埋在承台内，在施工塔柱时再同步分批次张拉预应力，从而给塔壁外侧受拉区一定的预压应力，改善结构运营期的受力状况。
为验证以上３项对策的效果，建立考虑施工阶段和预应力作用的实体有限元模型对北塔下塔柱与下横梁横向框架进行局部应力分析，计算结果见图
５ 结 语
万州长江三桥桥塔采用蕴含钟楼古韵的钻石塔型，造型新颖。由于地形条件影响，南、北桥塔高差较大，尤其是北塔的下塔柱高度相对一般斜拉桥小很多，由此带来了一系列的受力难题。设计过程中通过采取多项措施，地解决了这些技术难题，且在保证受力安全的同时，最大可能地兼顾了景观要
１０］
，塔柱施工求。桥塔施工拟采用泵送混凝土工艺［
以爬模为主，横梁主要采用支架现浇工艺。该桥于预计于２０１４年９月３０日正式开工，０１８年交付使用。２
）：参考文献（ｅｆｅｒｅｎｃｅｓＲ
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图５ 北塔下塔柱及下横梁计算结果
ｉ．５ＣａｌｃｕｌａｔｉｏｎＲｅｓｕｌｔｓｏｆＬｏｗｅｒＣｏｌｕｍｎａｎｄＬｏｗｅｒＣｒｏｓｓＢｅａｍｏｆＮｏｒｔｈＰｌｏｎＦ ｇｙ
桥梁建设 ＢｒｉｄｅＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｇ（）２０１５，４５２
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图６ 塔柱局部受力Ｆｉ．６ＬｏｃａｌＦｏｒｃｅｓｉｎＰｌｏｎＣｏｌｕｍｎ ｇｙ
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（编辑：叶 青）
ＩＧａｎＬ ｇ
李 刚
男，工程师１９８３－，
２００５年毕业于同济大学桥梁工程专业，工学学士，２００８年毕业于同济大学桥梁风工程专业，工学硕士。研究方向：大跨度桥梁混凝土结构设计
：ａｉｌｆｒｅｅｓｋｌ２６．ｃｏｍＥ－ｍ＠１ｙｇ
（／，ＪＴＧＴＤ６５０２１００７ＧｕｉｄｅｌｉｎｅｓｆｏｒＤｅｓｉｎｏｆＨｉｈ －－－ ｇｇ［］）ＣａｂｌｅａｔａｅｄＢｒｉｄｅＳ．ｗＳ －ｙｙｇ
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（／，ＷＪＴＧＴＤ６００２１００４ｉｎｄｅｓｉｓｔａｎｔＤｅｓｉｎＳｅｃｉｆｉ －－－Ｒ－ ｇｐ［］）ａｔｉｏｎｆｏｒＨｉｈｗａＢｒｉｄｅｓＳ．ｃ ｇｇｙ
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