厦门第二东通道工程跨海段桥梁是继港珠澳大桥之后，国内第二座、福建省首座全桥预制装配化跨海大桥。主跨2×150m，标准跨90m，钢箱梁宽39.4-52.6m。采用钢管复合桩+装配式下部结构，承台、墩身、盖梁工厂预制、现场拼装，节段间采用预应力粗钢筋连接；上部结构采用闭口整幅钢箱梁，整孔吊装施工。桥位处水深5-18m，基岩面起伏剧烈，存在多条风化深槽，E2地震峰值加速度0.795g。大跨径宽体钢箱梁、复杂地形地质下强震区采用装配式下部结构是本项目设计难点，为同类型桥梁的设计提供参考。

厦门第二东通道工程，是在建的厦门第二西通道工程的东延伸段。起点与本岛侧环岛东路互通相接，终点与翔安侧滨海东大道互通相接。路线全长12.321km，其中海中段桥梁全长3.27km，海中段跨越中航道、东航道和西航道三个航道，均采用双孔单向通航的方式。中航道桥采用2×90+2×150+2×90m，其余桥梁跨径均采用90m。

图1 项目地理位置图

该桥址区域处于东亚季风区，东，西风带交替影响的过渡区，风速较大。厦门多年平均风速为3.4m/s，强风向为ESE向，最大风速38 m/s。

厦门第二东通道工程海域海底地形起伏较大，常水位下，一般水深8～15米，可满足大型浮吊吊装要求。

本场地地层结构较单一，但地层岩性、厚度和埋藏分布等在空间分布上变化较大，特别是花岗岩岩面起伏大，基岩埋深较浅。

场区基本地震动峰值加速度为0.15g，对应的地震烈度为Ⅶ度。

本项目处在高崎机场的航空限高区内，桥型选择具有较大的局限性，桥面最高点标高为48m，永久结构及行车界限不超航空限高；施工设备需突破航空限高至150m。

本项目跨海段桥位均沿白海豚核心保护区外围通过，距离为190～280m。

图2 本项目与高崎机场航空限高区的关系

海中段桥梁全长3926m，海中段除起点位置采用总长约600m的混凝土梁方案外，其余均采用钢箱梁方案。钢箱梁桥含主通航孔桥（2×90+2×150+2×90=660m）、东通航孔桥（4×90=360m）、西通航孔桥（4×90=360m）、非通航孔桥（均为90m跨径钢箱连续梁）。

钢箱梁均采用整幅单箱方案，主通航孔桥梁高3.5-7.0m，其余90m跨径梁高均为3.5m；主梁横断面挑臂长度8.0m；实腹式横隔板间距10m，两道横隔板之间设置3道横肋；顶板宽37m，全断面布置4道腹板；顶板、底板、斜底板均采用U肋加劲，腹板采用板肋加劲；全桥钢箱梁顶板、顶板U肋、顶板板肋及横隔板部分区域采用Q420qD，其余构件均采用Q345qD。

图3 钢箱连续梁主梁标准横断面 (单位:mm)

下部结构采用预制承台和墩身。墩身按高度分为2-3段预制，下节段与承台整体预制，上节段与盖梁整体预制；墩身节段之间采用干接法连接，具体连接构造有预应力粗钢筋、剪力键及环氧树脂涂层；桩基采用钢管复合桩。

根据本项目建设条件，控制设计主要因素为航空限高、白海豚保护区、通航要求、景观要求等，故本项目要求桥梁建筑高度需在航空限高范围内，同时尽量缩短海上施工周期、合理降低造价等。增大海上引桥跨径，减少海中基础数量，既可缩短海上施工工期，降低施工费用，又可减少对海洋环境的影响，并保证总体的低阻水率和景观效果，就高跨比例、经济性及缩短工期等方面而言均是合理的。

结合以上要求，同时响应国家关于推广钢结构的政策，本项目海中桥梁均采用重量轻、跨越能力强的钢结构作为上部结构。考虑到100m跨径整幅整孔吊装重量（在满足航空限高的条件下）超过目前国内现有起吊设备极限值，相对80m跨径而言90m跨径的景观性好、建造周期短、阻水率小，因此推荐采用90m跨径。

1.墩梁固结

本项目位于海中，运营期桥梁的养护工作环境差、效率低、难度大，采用墩梁固结形式，可以减少支座数量，减少养护、维修工作量，降低运营期间管理养护费用，降低全寿命周期内综合费用。同时，墩梁固结形式有助于提高结构整体性，提高结构抗震性能。

本项目引桥上部结构推荐采用大跨径钢箱梁或者组合梁。对于钢箱梁，若采用墩梁固结，则墩梁结合段（钢箱与墩身混凝土之间的连接）构造较为复杂，需要研究合理的固结措施，如设置竖向预应力、墩梁通过预埋件焊接连接等。对于组合梁，若施工阶段即实现墩梁固结，则墩顶梁段将承受较大的负弯矩，对混凝土桥面板受力极为不利，故可按照简支变连续、最后墩顶固结的施工顺序，保证施工阶段一期恒载时墩顶无负弯矩；桥面板铺设结束后墩顶桥面板无拉应力。此种施工顺序对应的施工过程也较为方便。

2.墩梁支座连接

墩梁采用支座连接可简化施工过程，简化墩顶区域主梁和桥墩构造，降低施工难度，也有助于保证计算模型中的边界条件和结构实际受力状态吻合。通过设置适当的抗震构造措施，采用合适的支座类型，可以有效地减小结构在地震作用下的内力响应，避免落梁风险。同时，采用支座连接也可以减小温度作用下结构内力响应。

墩梁固结和支座连接方案的对比如表2所示。

本项目对中航道桥和西航道桥开展了抗风研究，主要内容如下——

（1）设计风参数的确定，包括设计基准风速、静风稳定性检验风速等参数计算。

（2）结构有限元模型建立与动力特性分析（包含施工阶段和成桥阶段）。

（3）施工阶段和成桥阶段主梁节段模型涡振风洞试验。

①涡激共振振幅允许值确定；

②节段模型和实桥涡激共振幅值的换算；

③涡激共振发生风速范围、振幅测定。

（4）主梁节段模型测力风洞试验。

针对大桥施工阶段和成桥阶段，进行主梁节段模型测力试验，试验结果包括风攻角-10°～10°的主梁升力系数、升力矩系数和阻力系数。

（5）非线性静风稳定分析。

（6）综合风洞试验分析结果给出两座桥桥型方案的抗风性能评估。

通过BIM技术的应用，辅助结构设计，并基于BIM技术进行施工模拟，包含施工模拟与施工工艺可视化交底。充分发挥BIM技术优势，将三维模型与时间整合，形成一个可视的4D施工模拟，直观、精确地反映各个环节的施工进度。对关键分项工程、重要工程节点的施工工艺动态、直观模拟，可以有效地协调各专业的交叉施工，保证工程顺利进行。

图4 钢箱梁BIM模型

我国大跨度桥梁中，大多采用U肋加劲的正交异性钢桥面板结构。目前普遍使用冷弯U形肋，但是冷弯U形肋存在诸多问题，除疲劳问题以外，还存在一系列包括设计、加工、制造等问题。热轧U形肋是解决正交异性桥面板和U形肋如上问题的可能途径之一。

传统冷弯U形肋采用热轧卷板开平、切毛边后冷弯而成，存在生产成本高、效率低等问题。热轧U形肋利用相当于原有生产板材环节所需的能耗，直接完成成品U形肋的生产，极大地降低了生产成本，提高了生产效率。

热轧U型肋弯角通过万能轧机一次热轧成型并通过平立矫直，降低残余应力，避免了冷弯U形肋由于冷弯，导致折弯处残余应力较大，使得U形肋失稳，并且疲劳性能降低。热轧U形肋产品是由钢坯直接轧制而成，通过增加U肋角壁厚，增加与桥梁顶板接触面积，提高顶板刚度，从而提升顶板的抗疲劳性能。

结构的总体受力满足规范要求，但本项目跨径较大，且桥宽较宽，存在多体系受力的问题，结构空间效应明显。因此建立空间有限元模型，对结构支点及跨中等重点部位进行详细分析，经计算可知，结构支座横隔板、支座附近的人洞及过焊孔受力较大，存在应力集中现象。通过合理调整板厚及结构构造，使得钢结构的应力均满足规范要求。

图5 钢箱梁局部分析模型

连接的安全可靠是预制装配结构的设计重点，预制承台与桩基之间采用现浇孔进行连接，现浇孔内设置联通纵横向钢筋及剪力键。本项目为高桩承台，在竖向、纵向及横向风载和波浪荷载的作用下，连接部分受力较大，对该部位进行局部分析，计算考虑混凝土材料的受压和受拉非线性，并对新老之间的相互作用进行模拟，计算结果表明，结构的承载力及抗裂性能均能满足规范要求。 

图6 预制承台及现浇孔构造示意

图7 桩基承台连接局部分析模型

本项目地震烈度大，抗震设防等级高，基于桥梁的抗震合理安全度原则，在确定桥梁工程的抗震设防标准时，主要考虑桥梁的重要性，以及桥梁结构功能丧失可能引起的经济损失；地震破坏后，桥梁结构的抢修和加固的难易程度；以及建设单位所能承担的抗震防灾的最大经济能力三方面因素。本项目海中桥的设防标准如表3。

常规体系下，E1地震横桥向作用下，桩顶截面发生屈服，能力小于需求，横向固定支座水平支座剪力均较大，最大达到支座吨位65%，支座的构造设计上存在困难，因此采用考虑减隔震支座设计。考虑E1地震作用时结构进入减隔震体系，在E1及E2地震作用下，各桥墩与桩基截面处于弹性状态，支座位移能力满足变形要求，满足抗震性能目标。

厦门第二东通道工程是厦门市进出岛交通网络规划中的交通要道，本项目设计中主要受控因素为：厦门市为国家重点旅游城市，景观要求高；项目处在高崎机场的航空限高区内；桥址附近有白海豚自然保护区等。结合以上特点，本项目海中桥梁段上、下部结构均采用有利环保的预制化方案，上部主梁采用跨越能力较大的钢箱梁，下部采用预制墩身结构；国内同类型桥梁设计经验相对较少，为保证结构在施工期及运营期的受力合理性，对结构设计提出了严格的要求。该项目的设计，为我国在该领域积累了宝贵的经验。