1.概述
长沙洪山大桥是长沙西北环线上的桥梁，跨越浏阳河。主桥主跨采用206m无背索竖琴式结合梁斜拉桥（图1）。
图1 长沙洪山大桥全景
桥址处百年一遇20米高10分钟平均最大风速为28.28m/s，历年最高气温40.6℃，历年最低气温-11.4℃，年平均气温17.1℃。通航等级VI级。地震基本烈度为VI度。基岩埋置较浅，大部分地段基岩裸露，岩性为群板岩。
大桥为城市快速道标准，桥面全宽33.2m。设计速度60km/h，设计荷载为城-A级、汽-超20、挂-120、人群3.5kN/m2，并以一辆300t特重车验算。
2 结构型式和构造
大桥跨径组成为21m（边跨）+206m（主跨）+30.3m（辅助孔）＝257.3m（图2）。
图2 立面布置（单位：m）
（1） 基础和索塔
由于桥址处地质条件良好，尤其北岸基岩外露，因而塔基采用扩大基础，底部布置25根防滑短桩。
图3 索塔构造图（单位：mm）
塔身（图3）为预应力混凝土箱形结构，水平倾角58°，桥面以上塔高138.3m。截面外轮廓尺寸为12m(顺桥向)×8.2m（横桥向），前后壁厚1.7m～1.05m，侧壁厚0.75m。利用塔内的空腔设有观光电梯通道，可以通达塔顶的观光平台。
图4塔梁平衡计算图示
无背索斜拉桥的典型特征是需要利用索塔的重量来平衡主梁上的荷载，塔身的截面尺寸亦是籍此规则确定。若将梁节段自重WT、梁节段荷载P简化成作用在拉索锚固点处的集中力（图4），要使结构处于最为理想的受力状态，即塔、梁均处于轴向受力状态，两者应遵循以下等式的关系：
式中 、 分别为索塔和拉索倾角。设计中取 等于主梁自重加上全部交通荷载的一半。
索塔锚固横系梁中的预应力筋长度仅为7.5m，回缩损失很大。针对这一问题，研发了一种新型的钢绞线二次张拉锚固装置（图5）。第一次张拉使夹片夹紧预应力筋，第二次张拉锚杯，拧紧锚杯外螺母固定。这种锚固工艺结合了夹片锚和螺母的优点，实际回缩损失相当小。
图5 二次张拉组合锚具
（2） 主梁
主跨主梁为钢－混凝土组合脊骨梁结构（图6）。中央的钢箱梁为矩形截面，宽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为28mm。人行道布置在中央箱梁的顶面，高出车行道2m。
主箱梁两侧设悬臂长度13m的箱形钢挑梁，挑梁纵向间距4m，其截面宽度为0.7m，根部高2.3m，端部高0.5m。钢挑梁上设21cm厚混凝土桥面板，桥面板按3.45纵向长度预制，接头现浇，通过挑梁顶板上的大头剪力钉与钢挑梁联结起来，横桥向亦与主箱梁腹板联结。主箱梁内挑梁对应位置设置横隔梁，提供强大的抵抗扭转畸变的能力。
图6 主梁构造（单位：mm）
无背索斜拉桥只在塔的单边拉索，在活载作用下主梁内力变幅相对较大。将混凝土桥面桥布置在主梁截面接近中性轴，亦即应力变幅最小的位置，主箱梁作为主要承载构件，桥面板仅帮助承担部分轴压力，因此能更好地满足无背索斜拉桥主梁的受力特点。
主梁为全焊结构，除主箱梁加厚段采用14MnNbq钢外，其余部分均采用16Mnq钢，主梁总用钢量2220t，平均每延米用钢量为11.7t/m。预制混凝土桥面板采用C50混凝土，现浇接头采用C60微膨胀钢纤维混凝土。
辅助孔主梁为预应力混凝土箱梁，梁高由2.52m变化到1.56m，上下幅分开，人行梯道从两幅中间落地。在2号墩处，设置强大的横梁将主跨与辅助跨联接。
（3）塔梁连接处
主梁与索塔的连接部位（图7）借鉴了混合梁的连接方式。塔根部采用钢壳结构，以利于与主梁衔接。钢箱梁在连接段的形状不变，在箱两侧设置过渡连接钢板，变化成索塔形状。在箱内设计一个喇叭口形状的填芯区段，这样逐渐加大截面使钢箱梁与塔身结成整体。在远离塔根的一侧，在箱梁加劲肋之间设置了若干加强肋板，进一步保证结构平顺过渡。
图7 塔梁墩连接中剖面图（单位：mm）
（4）斜拉索
全桥共13对平行布置的拉索，水平倾角为25°，索长67m～291m。两排拉索横向间距6m，其间布置人行道；顺桥向梁上索间距12m。斜拉索采用直径7mm的高强度低松弛镀锌钢丝制成的成品索，全桥斜拉索有三种规格，分别为PES7-283（1#～3#索）、PES7-223（4#～12#索）和PES7-187（13#索）。拉索锚固采用配套的PESM7冷铸镦头锚固体系，塔端为张拉端，梁端为锚固端，在梁端安装磁流变阻尼器减小拉索振动。
塔端拉索锚固在索塔的中和轴处。无背索斜拉桥的索塔只在一边存在锚固点集中力，锚固位置在中和轴与在前后壁的方式相比，可以有效减小索力作用在塔身的附加弯矩。
3 施工
由于斜塔自身不能维持平衡，无背索斜拉桥的施工不能像常规斜拉桥那样采用“先塔后梁，梁体悬拼（浇）”的方法，而需要保证施工过程中塔梁的平衡，因而采用“先梁后塔”的工序。
主梁钢结构部分采用顶推法施工。顶推梁段划分为16个节段，其中标准节段长度为12m。在桥址处南岸布置拼装平台，利用箱梁U形横隔梁作为拼装组焊胎架，进行节段的拼装焊接。钢挑梁作为一个整体构件在前方另一平台上完成与主箱梁的连接工作。主跨按等间距设置了4个辅助墩，利用辅助墩和2号墩上的千斤顶拖引前移，主梁向塔岸延伸。
在主梁顶推同时，在桥塔处支架拼装塔座钢壳及与主梁联结段，并完成钢壳内混凝土的施工。待主梁顶推就位、标高调整后，完成两者的对接焊接。至此主梁钢结构部分施工完成。
塔身采用爬模工艺施工（图8），这是迄今国内外最大的混凝土斜塔工程。塔身按竖向高度3.95m（即锚固节点高差的一半）为一浇注节段。爬模系统由液压爬升系统、模板系统和架体及工作平台系统三大部分构成，其功能集自动爬升、模板支立、施工平台于一体。塔身在达到2＃索锚固点位置后，完成1＃索的张拉，在此之前已完成主梁上1＃索至桥塔区段的混凝土桥面板施工，这样主梁中的轴力可以由混凝土桥面和钢箱梁共同承担。
图8 塔身爬模施工
桥面板施工中有一个重要措施。桥面在横桥向上可以看作由混凝土桥面板和钢挑梁所组成的横向悬臂组合梁，在这一结构中混凝土桥面板有严重开裂的危险。为改善混凝土桥面板的受力状态，在钢挑梁上的预制桥面板与挑梁形成整体受力之前，先在每根挑梁端部施加400kN的预加压重（图9）。桥面板接缝混凝土形成强度后，再去掉压重，令钢挑梁反弹，使混凝土桥面板横桥向处于受压状态。这样，在汽车荷载作用下，混凝土桥面板在横向仍能保持1.2MPa的压应力。
图9 桥面板施工
4 主要技术特点和创新点
（1）世界最大跨度的竖琴式（无背索斜塔）斜拉桥，主跨206m。
（2）在大跨竖琴式斜拉桥中，创新应用了混凝土斜塔，塔高146.6m，是世界唯一高度超百米的混凝土斜塔，应用斜塔爬模成套技术，解决了混凝土高斜塔施工的难题。
（3）采用了一种独特的钢－混凝土组合脊骨梁主梁结构型式，适合于斜塔无背索斜拉桥特殊的受力要求。
（4）采用组合悬臂行车道梁，悬臂长度13m；施工中采用大吨位预压技术，不仅有效防止了混凝土桥面开裂，又可使其分担拉索水平力。
（5）将拉索锚固在塔身中和轴上，与锚固在前壁或后壁的传统方式相比，有效减小了附加内力，确保这种特殊的斜拉桥受力良好。
（6）开发应用了预应钢绞线组合锚具，对索塔内的短索预应力进行二次张拉，彻底解决短索的预应力损失过大的问题。
5 有关资料
桥 名：长沙洪山大桥
桥 型：无背索竖琴式结合梁斜拉桥
跨 径：206m
桥 址：长沙
设计单位：湖南大学设计研究院
施工单位：中铁大桥局集团第五工程有限公司
工程数量：混凝土25200m3，钢材5985t
造 价：1.21亿元
建成日期：2004年12月
