1 项目概况
泽水牌大桥位于浙江省绍兴市泽水牌路，横跨向家荡。则水地名源自东汉会稽太守马震所立的“水则碑”。水泽碑是根据季节和农时控制水位的标尺。
桥处水面宽约275m，流速小，水位全年变化不大，水深约2.8m。桥址上层为粘土，厚度约43m；下层为砾石，厚度约6m；风化基岩埋深较深，埋深约54m。
基于桥址区丰富的自然景观资源和历史文化，桥梁设计中融入了木工三角板、量绳等多种测量元素，表达对地域人文历史的尊重，体现桥梁美学与功能的平衡。机械师。 。
主桥设计为（65+120）米三角斜塔斜拉桥（见图1）。塔墩、梁均固结，桥面总宽度30~34.5m。
图1 泽水牌大桥主桥立面布置
斜拉立面采用扇形布局；桥塔采用三角形斜塔结构，由矩形多腔钢混凝土组合结构塔柱、上塔头锚固区、后斜拉杆组成。主梁侧主跨比为0.54，远侧主跨比小于普通独塔斜拉桥。为了平衡结构应力，主梁采用钢-混凝土混合梁，边跨采用自重较大的整体混凝土箱梁，主跨采用自重较轻的分体式。钢箱梁，钢-混凝土界面位于距主跨理论跨线4.5m处。
桥梁塔柱、后斜拉杆和边跨混凝土主梁构成稳定的受力三角形体系。塔头强大的主跨斜拉索可通过后斜拉杆转化为边跨混凝土主梁的轴压力。钢结构圆柱规格，从而最大限度地减少因边跨比过小而引起的结构应力不平衡问题。
2 主要技术标准
(1)道路等级：城市次干路。
（2）设计行驶速度：40km/h。
（3）车道数：双向4车道。
（4）设计负荷：市A级。
(5) 航行净空：50m×4.5m。
（6）风荷载：B级面类别，桥梁基本设计风速为32.5m/s。
(7)地震荷载：地震基本烈度为VI级； E1级地震作用按50年10%的超越概率考虑，水平峰值加速度为0.074g； E2地震作用按100年4%的超越概率考虑，水平峰值加速度为0.15g。
3 桥梁结构设计 3.1 桥塔 3.1.1 总体布局
桥塔位于中央分隔区，呈三角形斜塔结构。它由塔柱、上塔头锚固区、后倚杆三部分组成。塔架距桥面高度52.5m。
塔柱为钢-混凝土组合结构，由横向分离的双腿塔柱组成，向边跨方向倾斜17.5°；双肢塔柱从塔梁固结点向上延伸，底部横向净距2.0m，顶部横向净距1.5m。塔柱顶部区域为主跨斜拉索锚固段，通过上塔头锚固区横向连接。
上部塔头锚固区采用钢-混凝土组合结构，位于桥塔顶部双腿塔柱之间，为边跨提供斜拉锚固区。
后斜杆采用钢箱结构。上端焊接于上塔头锚固区。它向下延伸，插入边跨混凝土主梁端部，并与其形成一个整体。
桥塔采用群桩基础，由20根φ1.8m C35钻孔桩组成，纵向4排，横向5排。承载层由风化凝灰岩构成。该平台为C40整体平台，平面尺寸23m×15m，厚度4.0m。
桥塔结构如图2所示。
图2 桥塔结构
3.1.2 塔柱
传统钢筋混凝土桥塔结构刚度高、稳定性好、建设成本低；但其强度低、承载力不高，导致塔体体积过大、笨重，施工时需要分段钢筋绑扎和模板安装。 、混凝土浇筑、养护等多道工序，施工周期长，现场施工与手工施工比例高，质量易受人为因素干扰。
钢桥塔承载能力高，结构延性好，抗震性能好；但在同尺度下刚度较小，在以承压为主的结构中使用比较浪费。无法发挥钢结构固有的优势，稳定性问题突出。 ，建设成本也较高，国内应用较少。
经过与钢筋混凝土桥塔和钢桥塔的结构比较，水牌桥塔双肢塔采用矩形多腔钢-混凝土组合结构。
单肢塔柱采用由外壁钢板和分隔钢板组成的“田”字型多腔钢箱，腔内浇注C50高性能混凝土。
相关试验表明，当布置PBL加劲肋与焊钉的混合连接方式时，外墙钢板在极限应力状态下呈现“多波”屈曲破坏，优于纯PBL加劲肋的连接方式。
因此，塔柱钢板与内部混凝土之间采用纵向和环向PBL加劲肋与焊钉的混合连接件，以保证塔柱的连接性能，增强其后期承载能力。单腿塔的横截面如图3所示。
图3 单腿塔截面
塔架距桥面高度为50m，塔顶控制断面尺寸为2500mm×1500mm，塔底控制断面尺寸为4200mm×2060mm。
塔柱外壁钢板厚25mm，内隔板钢板厚20mm，均采用Q355D低合金高强度结构钢。圆柱头焊钉规格为d19mm×150mm，PBL加强筋尺寸为120mm×16mm。
塔柱内部填充高性能混凝土。其高流动性、自密实、无收缩等优良特性，能更好地适应多腔钢箱及其加劲系统，保证核心混凝土密实并与钢墙良好结合。
塔柱向下插入桥面混凝土并延伸至主墩体，共约6m。塔柱外壁设有焊钉，内部纵向PBL加劲肋延伸出塔柱底部，对塔柱及混凝土主梁、主墩进行加固。墩身锚固能力。
3.1.3 上塔头锚固区
上部塔头锚固区位于塔柱顶部区域。水平连接左右塔肢，共同承受受力。也作为侧跨拉索的锚固区域和后斜拉杆的上端连接点。主要承受侧跨斜拉杆和后斜拉杆。受力集中作用于局部，受力和结构要求比塔柱低。
上部塔头锚固区采用“太阳”形多腔钢-混凝土组合结构。根据设计要求，顶部比塔柱高2.5m，沿桥尺寸比上部塔柱宽0.3m。顶部截面尺寸为3000mm×1500mm。 ，底部截面尺寸为3560mm×1700mm。上部塔头锚固区剖面如图4所示。
图4 上塔头锚固区剖面
3.1.4 后斜杆
后斜杆主要用于承受轴向拉力。采用全焊接单箱单室钢箱型材，腹板厚度20mm，顶底板厚度25mm。
钢箱截面呈略倒梯形，宽度约1600mm，箱高2000~3000mm。钢箱内设有纵向加强筋，每隔2m设有横向隔板。
后斜杆顶部分别穿焊于上塔头锚固区腹板和底板，底部插入边跨混凝土主梁中央分隔区实体区。
3.2 主梁
边跨主梁为单箱五室混凝土箱梁，梁宽30~34.1m钢结构圆柱规格，高2.8m。底板水平，顶板设置2%双向横向坡度。
主梁在斜拉索对应的锚固点处设有倾斜隔板。倾斜角度与斜拉索相同。斜拉索锚固在混凝土主梁的底部。边跨混凝土箱梁1/2标准截面如图5所示。
图5 边跨混凝土箱梁1/2标准截面
主跨梁设计为分离式双幅钢箱梁。单幅主梁宽14m，高2.8m。底板水平，顶板设置2%的单向横向坡度。
标准型钢箱梁顶板、底板、外腹板、内腹板厚度分别为18、14、20、30mm。
内腹板主要传递斜拉索的拉力，并设有250mm×25mm的板加劲肋，保证抗屈曲能力。
相邻斜拉梁锚点之间设置钢梁，将两座桥连接成整体。钢梁采用单箱单室截面，高2800mm，宽2100mm。顶板和底板厚20毫米，腹板厚16毫米。
标准隔板间距为2.5m，钢梁对应的隔板厚度为16mm，斜拉索悬挂点隔板厚度为12mm，普通隔板厚度为10mm。主跨单宽钢箱梁标准截面如图6所示。
图6 主跨单幅钢箱梁标准截面
钢-混凝土节点的作用是实现弯矩、剪力、轴力的有效传递。
钢-混凝土接缝处安装40mm厚的承压板作为钢-混凝土结构界面。钢箱梁侧面增设T型加劲肋，缓解刚度突变；混凝土梁侧面设置钢格增强弯矩传递能力，并设置PBL采用剪力键和圆柱头焊钉增强剪力传递能力，预应力钢筋锚固在梁上承压板增强接口轴向力传递能力。
为了防止钢格间混凝土流动不良，在屋顶上开设了φ80mm的灌浆孔。钢-混凝土组合详细结构如图7所示。
图7 钢-混凝土组合结构详图
3.3 斜拉索和锚固系统
全桥共安装斜拉索16对。立面布置为扇形单索面。采用φ15.2mm高强低松弛环氧喷涂钢绞线，标准抗拉强度1860MPa。
5对边跨斜拉索纵向拉索间距8m，锚固于中央分隔区混凝土箱梁底部，塔侧无拉索区长度15m； 11对主跨斜拉索纵向拉索间距为9m，锚固在带箱内腹板的分离式钢锚箱上，塔侧无拉索区长度为18m。塔身采用耳板销钉锚固，梁受拉端采用冷铸挤压复合材料锚栓锚固。
为了减小塔筒上耳板的尺寸，塔筒上耳板采用Q690D高性能Z向钢板，厚50mm，通过高强螺栓与塔筒柱腹板连接。
耳板、销钉的强度按照《钢结构设计标准》（GB50017-2017）校核，安全系数不小于2.5。
4 结构静力计算
目前，我国尚无钢-混凝土组合结构桥塔设计规范。
考虑到斜拉桥总体设计的指导原则是桥塔在恒载条件下基本平衡，以小偏心压为主力，不产生或只产生很小的拉应力，计算可得制作如下：
①钢材和混凝土都是理想弹性体，材料本构关系呈线性；
②矩形多腔钢箱与混凝土之间无相对滑移；
③截面变形符合扁平截面假设；
④受拉区混凝土应力很小，仍工作在弹性范围内。
基于上述假设，根据刚度等效原理将组合结构中的混凝土截面转换为钢材，并在此基础上作为单个截面进行结构分析。
考虑到水牌桥的结构与普通斜拉桥有很大不同：
①边主跨比很小，主梁采用混合梁结构；
②边跨与主跨布置斜拉索根数不同；
③后斜杆的存在对结构内力影响较大。
因此，最小弯曲能法的常规拉索调整思路并不适合该桥。进行两处修正：一是保证塔柱处于小偏心受压状态，塔柱不产生拉应力；其次，适当降低斜拉索的整体索力水平，充分利用钢主梁和混凝土主梁的刚度和抗弯能力。
采用MIDASCivil软件进行有限元分析，并在施工阶段采用节点截面梁单元对塔柱钢-混凝土组合结构进行模拟。
先安装矩形多腔钢箱，后期施工阶段激活内部高性能混凝土。考虑到空腔内混凝土的收缩和徐变引起的组合结构内力的重新分布，在任何施工阶段都可以查看钢材和混凝土各自的应力水平。
主梁采用梁单元模拟，斜拉索采用桁架单元模拟，塔墩梁采用固结。考虑恒载、汽车荷载、非机动车荷载、人群荷载、风荷载、温度荷载等设计荷载。
主桥空间有限元模型如图8所示。
图8 主桥空间有限元模型
施工和运营阶段的结构应力分析结果表明，主梁、斜拉索、组合塔的强度和刚度均满足规范要求。
5 施工方案
水牌大桥所在的向家荡地区水面宽阔，水深不大，通航要求不高。
为了节省投资，整体施工思路采用支架法、一次性落地工艺。
主桥施工顺序如下：
① 主墩在双层拉森钢板桩围堰保护下施工。桥墩本体预埋桥塔首节矩形多腔钢箱塔柱，与主梁0号混凝土块一起浇筑，形成实体塔、墩、梁。结系统。
②采用钢管桩搭设临时桥墩，在贝雷支架上现浇边跨混凝土箱梁，采用大型浮吊分段拼装主跨钢箱梁。
③借助少量临时斜撑，利用大型浮吊吊装并焊接矩形多腔钢箱塔柱第二节，并在塔柱内部泵送高性能混凝土。
④ 将矩形多腔钢箱塔柱第三节与上部塔头锚固区吊焊，安装后斜杆，然后在塔柱第三节与上部塔内部泵送高性能混凝土头部锚固区域。
⑤ 桥塔施工完毕后，拆除临时斜撑，然后安装斜拉索。在此施工阶段，斜拉索张紧至平衡索力，并拆除所有主梁支撑。
⑥施工桥面铺装及桥面附属结构，并在成桥状态下张拉斜拉索至设计索力。
主桥施工图如图9所示。
图9 主桥施工图
组合结构桥塔施工充分发挥工业化智能施工优势，快速高效。预计桥塔施工仅需30天，比钢筋混凝土桥塔施工效率更高。
6 结论
泽水牌大桥首次将矩形多腔钢-混凝土组合结构应用于桥塔设计。组合结构桥塔能充分发挥钢材和混凝土的优点，其强度、承载力、工业化程度均优于钢筋混凝土桥塔。施工快捷、外观流畅，贯彻了绿色施工、智能施工的理念，是索承式桥塔的发展方向之一。
三角形斜塔拓宽了桥塔造型设计思路，是城市景观斜拉桥创新设计的有益实践。
主梁采用混合梁结构，能适应边主跨比较小的斜拉桥的受力特点，同时降低工程造价。
