1.概述
柳林桥是柳林路接规划武当路跨越海河的桥梁，位于中环线与外环之间，为一座形式新颖的特种桥梁，是沟通海河两岸的又一重要通道。海河规划为Ⅵ级航道，正常通航水位1.5米（大沽高程），最高蓄水为2.5米（大沽高程），最高洪水位4.54米（大沽高程），要求桥下净空4.5米，梁底标高6.0米（大沽高程），主航道净宽30米。
图1立面效果图
图2 部位名称
2.主桥桥梁结构
主桥桥梁结构主要由基础、主翼、次翼、主梁、主撑杆、次撑杆和吊杆组成。整个结构以“蜻蜓点水”为设计构思，结构设计在安全的前提下，以达到方案设计的效果为最基本的设计原则，充分体现优美的造型、简捷的受力体系。为便于说明， 图2表示主桥的基本形式和各工程部位的位置。
（1) 主翼结构
主翼由根部的单箱单室截面渐变并分离的双箱加横梁截面，分岔点距离主墩水平距离为23.8米。主翼翼展2x97米，竖向线形为圆曲线，平面线形按圆曲线变化，并以道路中线和主墩轴线对称。全部为钢结构。
主翼高度由根部的5000mm渐变到端部的1000mm。宽度由根部的3000mm渐变到端部的16000mm。顶底板厚度由100mm渐变到10mm，腹板由60mm渐变到10mm。箱室内每隔2500mm左右设置一道横隔板，在拉索锚固位置及横梁位置设置双道横隔板。
主翼在单侧因受力特点分成了6段,各段因受力性质的不同钢板厚度及截面高度也不相同。最终这些分段位置即为预制节段分解线。
翼上横梁单侧为13个，除了主撑杆上的横梁为V型外，其他均为矩形截面，高度因所处的位置发生变化。正常截面宽度600mm,钢板厚10mm，V型梁截面宽度700mm，钢板厚:腹板50mm，顶底板80mm。
主体结构通过外包轻型结构达到方案设计的效果，并成为桥梁照明设施的载体。
（2) 次翼结构
次翼通长采用钢箱结构，截面为单箱单室，宽度为1500mm不变，高度由根部的3000mm渐变到端部600mm。次翼翼展2x85米，竖向线形为圆曲线。次翼中轴线距离道路中线23.75米。
顶底板钢板厚度由根部的100mm渐变到端部的10mm，腹板由60mm渐变到10mm。箱室内每隔2500mm左右设置一道横隔板，在拉索锚固位置设置双道横隔板。
次翼在单侧因受力特点分成了4段,各段因受力性质的不同钢板厚度及截面高度也不相同。最终这些分段位置即为预制节段分解线。
主体结构通过外包轻型结构达到方案设计的效果，并成为桥梁照明设施的载体。
（3) 主翼、次翼的受力特点
主次翼在整个受力模式类似悬臂梁，虽然有端部撑杆，因在撑杆附件主次翼的截面高度已经变得很矮，刚度衰减严重：
主翼：撑杆处截面高度1150mm，占根部5000mm的23%。拉索拉力13根x2组x25吨=650吨，这时撑杆提供520吨的支撑反力，此时根部应力下缘压应力112MPa，上缘拉应力106MPa，这说明主翼主要承受本身的自重荷载，最后包络应力为179 MPa。
次翼：撑杆处截面高度610mm，占根部3000mm的20%。拉索拉力13根x1组x5吨=65吨，这时撑杆提供117吨的支撑反力，此时根部应力下缘压应力120MPa，上缘拉应力115MPa，这说明次翼也主要承受本身的自重荷载，最后包络应力为186 MPa。
为此，虽然主次翼的根部采用厚度为100mm的钢板构造，但应力依然很大，反而拉索的索力却很小，这就决定了他们在整个体系中的受力贡献，通过受力分析，调整拉索的索力，最后主梁在整个结构中的贡献占50%，主翼在整个结构中的贡献占42%，次翼在整个结构中的贡献占8%。
（4) 主梁
主梁梁高2米（与跨径的比值为1/50）。主梁行车道布置两道宽11.75米的单箱三室主纵梁，并与中横梁、悬臂横梁共同组成梁格。各横梁间距与吊杆对应，为5米。
主纵梁标准节间长5米（同吊杆间距），顶底腹板均为16mm钢板，节间内布置三道横格板。顶、底板水平加劲采用U肋，腹板水平加劲采用球扁钢。
主墩附近主纵梁截面加强：箱梁顶板厚度为50mm，底板厚度50mm，腹板厚度30mm。在主墩布置有大横梁，与两道主纵梁整体预制。
主梁顺桥向按5m节间预制，主箱室顶、底、腹板现场焊接，加劲肋现场栓接。横向分为悬臂横梁+主箱室+中横梁+主箱室+悬臂横梁五段预制，现场焊接。
图3 日景效果图
（5) 主梁的设计要点及梁型的确定
为了衬托主次翼达到振翅欲飞的最终效果，要求主梁尽量轻盈，即结构高度受到很大限制。为此，对于结构刚度没有贡献的结构自重是十分有害的，结合主次翼的受力状况，减轻结构自重，提高刚度是主梁设计的关键。设计采取：
选择了梁高为2000mm钢梁，仅为跨径的1/50，结构轻盈；
选择了双主纵梁的平面梁格形式，仅在机动车道下面采用钢箱梁，车行道对应单箱3室，提供足够的抗弯刚度；
非机动车、人行道和中央分隔带采用横梁架设轻型桥面板梁的形式，减小结构自重；
非机动车和人行道采用与机动车不同的桥面铺装，一方面达到一定的景观效果，最主要的是自重轻；
防撞护栏采用钢结构设计，宽度仅为250mm，减少桥梁宽度和单位重量。
通过上面5点措施，主梁的自重将大大降低，有效的降低了工程造价，达到了满足强度的前提下，充分表达优美的造型、简捷的受力的设计理念。通过受力分析，调整拉索的索力，最后主梁在整个结构中的贡献占50%
（6) 主撑杆
主撑杆采用直径1600mm，臂厚25mm，在距顶端6000mm长的部分开始渐变到到端部的直径500mm，横隔板间距1000mm。主撑杆底部与基础固结，顶部采用球铰支撑主翼翼展接近端部的位置。顺桥向倾角70度，与吊杆相同。
（7) 次撑杆
次撑杆采用直径1200mm，臂厚25mm，在距顶端6000mm长的部分开始渐变到到端部的直径500mm，横隔板间距1000mm。次撑杆底部与基础固结，顶部采用球铰支撑次翼翼展接近端部的位置。顺桥向倾角70度，与吊杆相同。
（8) 撑杆的作用和设计要点
撑杆起到支撑主次翼结构，抵抗作用在主次翼上的横桥向风荷载。撑杆顶端与翼铰接，下端与地面进行固结处理，不与桥面发生关系。这样做的好处如下：
撑杆顶端与翼采用球铰铰接，主次翼支撑处截面高度很小，铰接形式不存在对主次翼的附加弯矩；
撑杆倾斜角度(70度)与拉索相同，拉索的拉力有效的传递到撑杆上，转化成撑杆的轴力，也就是说索力是不会对撑杆地面固结处产生弯矩的；
翼的自重和撑杆本身的自重会对撑杆地面固结处产生弯矩，这部分很小，主要因素为顺桥向的温度与横桥向的风荷载；
下端固结处理对抵抗作用在主次翼上的横向风荷载是非常有必要的，可以最大限度的减小主次翼的横桥向位移，进而减小主次翼根部的风荷载附加应力。
与桥面不发生关系，结构体系更明确，避免了单向接触的复杂节点，长期使用这样复杂的节点，可靠性是很难保证的。
为了提供主次翼足够的横桥向支撑刚度，相比方案设计阶段，主翼撑杆直径加大到1600mm，次翼直径加大到1200mm，而两者的壁厚由原来的50mm减少到25mm，大大降低了钢结构加工的难度。
主撑杆最大推力230吨，采用4根直径1500桩基础，次撑杆最大推力60吨，采用4根直径1200桩基础。
图4 夜景效果图
（9) 主墩预应力墩梁固结基座，对体系的突出贡献
主翼和主梁固节，然后通过大横梁底部基座的竖向预应力与主墩承台固结。次翼直接通过基座的竖向预应力与主墩承台固结。
前面已经讲到，采用100mm钢板构造的主次翼，仅仅提供了全部承载力的50%。其承受的荷载可分为恒定荷载，变化荷载两种类型。恒定的荷载由吊杆张拉力产生，而变化荷载则是活载等使主梁下挠牵引吊杆产生的。为了保证主次翼的受力状态趋于恒定，而不是承受很大的交变荷载，需要降低主梁的挠度。
当主梁刚度确定时，减小主梁挠度的直接手段是提高主梁的位移阶次。主墩墩梁固结后的主梁相比方案设计阶段的支座支承，主梁的位移阶次提高了1/2阶，同等荷载的挠度大大下降。另外，隔离了主桥两跨的活载效应，当活载在一侧100m跨上满布时，对另外一侧完全没有影响大大减小了整个体系的活载变形量，并因此降低了主次翼的应力幅度。
基座的固定通过施加竖向预应力来进行构造，竖向预应力穿过承台后返回，形成U形，对两跨不平衡力矩的安全系数为1.5。
（10) 吊杆
吊杆对于主墩轴线对称，两侧各13排，第一排距主墩轴线20米，每排间距5米，每排在主梁悬臂横梁端各一根，在主梁中横梁间距1.5米布置两根，全桥共104根。规格统一采用公称抗拉强度1870MPa的8×19S+IWR（钢芯）φ36（GB/T8918-1996）钢丝绳。吊杆顶部为插耳式锚端，底部采用螺杆张拉。吊杆张拉力为25吨，成桥运营时最大轴力为28吨(升温组合)，安全系数3.0。
首先钢丝绳的耐疲劳性能好，能很好的适应风振及锚固端夹角在使用中随结构变形而改变等问题。
尤为重要的是，采用高强钢丝绳可在同等使用荷载下尽量减小钢丝绳的截面积，即尽可能降低吊杆的抗拉刚度。这样在环境温度升高（或降低）40度时，对主次翼产生的附加力(△EA)很小（主翼附加应力5MPa，次翼附加应力2MPa）。另外，结合关于“主墩墩梁固结”的论述，吊杆的抗拉刚度越小，活载对主次翼产生的作用就越小，对主次翼的安全是至关重要的。
（11) 主墩基础
主墩采用三排共28根Φ1.8米钻孔灌注桩基础，桩长75米，接高桩承台。
中墩承受上部结构的竖向力和弯矩。其垂直荷载大，单桩承载力要求高，根据承载要求，选择的持力层为标高-69m以下土层，土层为粉质粘土。
中墩坐落于海河当中，采用高桩承台，厚度4米，顶高程2.5米，高出通航水位(1.5米)1米。
主墩为高桩承台，有利于防撞（更醒目），有利于抵抗冰冻挤压损耗（损耗的是无害的部分），有利于施工（避免深水围堰或沉箱）。灌注桩有较大自由长度，φ1800mm群桩基础能够在长期使用中提供足够的各向支撑刚度，同时在地震中体现足够的柔度，阻隔地震动力加速度对桥体的作用。
（12) 撑杆基础
中撑杆采用桩径φ150cm，4根桩和一个异形承台组成。边撑杆采用桩径φ120cm，4根桩和一个异形承台组成。
（13) 主引桥连接墩
采用双排φ120cm钻孔灌注桩接承台，承台顶布置墩柱，通过高、低盖梁支撑两侧主梁。
（14) 防撞护栏的选择
主桥采用钢结构的防撞护栏，但满足PL3级的要求。因中央分隔带内有吊杆，非机动车道的轻型桥面板不能承受重载，PL3是绝对必要的。
（15) 桥面铺装
主桥机动车道的好坏直接影响到行车的安全性，舒适性、桥梁耐久性。对于直接铺设在正交异性钢板上的材料，由于受车轮集中荷载、温度变化及钢桥面局部变形等因素的影响，对其强度、变形特性、温热稳定性，疲劳耐久性等均有更高的要求。根据本桥当地的环境温度变化幅度为-25℃～+50℃的情况，桥面铺装结构拟采用环氧树脂沥青（Epoxyasphalt）混合料方案，借鉴南京长江二桥环氧沥青混合料桥面铺装结构的成功经验，本桥宜采用双层式铺装结构（每层厚度30mm），共6cm环氧沥青砼结构。
（16) 主桥有限元分析
计算软件为MIDAS Civil，考虑活载偏载等的影响，使用梁格模型模拟主桥主体结构。计算中箱梁各腹板受力不均匀；汽车冲击力按“规范”选取；体系温差为均匀升、降温40。C；横向风力为静风压1.64kPa；人群及非机动车采用2.4kPa。计算结果验证了主桥主体结构构造的合理性、安全性。
3.有关资料
设计单位：天津市市政工程设计研究院
建设单位：天津市滨海市政建设发展有限公司(Tianjin BinHai Municipal Construction &Development Co.LTD)
混凝土用量：13380
钢材用量：74000t
造 价：3.9亿
