編者按：多塔斜拉橋在跨越寬廣的河口、湖泊、海灣是一種非常經濟、合理的橋型，尤其是可以用於降低跨航道大橋的跨徑，從而實現在節省造價的同時，又能夠安全通航；在往期的多塔斜拉橋系列中，第一篇介紹了莫蘭迪體系和以米約大橋為代表的剛塔柔墩體系，第二篇介紹了以汀九大橋為代表的對拉索體系，第三篇介紹了希臘裡昂大橋，該橋以莫蘭迪體系為基礎，演變革新為剛塔剛墩全漂浮體系；本篇介紹了以福斯三橋為代表的柔性塔交叉索體系。本篇分為福斯三橋的方案研究與設計、實施方案二文予以介紹。
第一部分
福斯大橋替換方案
（福斯三橋）研究與設計
福斯替換大橋將橫跨蘇格蘭的福斯灣，以維持和加強該國的重要交通聯繫。寬闊的河口將由2跨650米長的主跨跨越，並採用交叉索來穩定中塔，這是這種規模橋梁的獨特設計特點。該橋的方案設計由Jacobs-Arup JV公司負責，旨在為21世紀提供一個合適的標誌，與現有的19世紀和20世紀的A級橋梁並肩而立。
1 簡介
福斯灣是非常有意思的峽灣，將蘇格蘭首都愛丁堡與北部的法夫王國隔開。福斯河下遊的Queensferry處有二座歷史悠久的橋梁，分別是建於19世紀80年代的著名懸臂鐵路橋和1964年通車的英國第一座長跨度懸索橋——福斯公路大橋。
儘管福斯公路大橋在其一生中不斷地進行維護，但由於交通量的增加以及在40年的使用過程中受到天氣和氣候的影響，福斯公路大橋已經出現了加劇的損耗。對未來跨越福斯的交通需求進行的全面研究表明，需要建設一個替代通道，以維持這個對法夫，愛丁堡和蘇格蘭東海岸經濟實質的紐帶。
新橋將在現有軸線的西側，利用福斯河中間的天然露頭的Beamer Rock巖，使寬闊的河口能夠由2跨650米長的斜拉橋跨越。事實證明，多跨度斜拉橋的獨特對設計產生了非常大的影響。
圖 1 福斯灣三個世紀的三座橋
2 設計概要：一個替換性大橋
在Queensferry建造第三座橋的想法並不新鮮（按照中國慣例，稱之為福斯三橋，也無不妥，故為主稱為福斯三橋），1990年代初曾認真考慮過這一可能性。然而，該項目最終被擱置。福斯公路大橋進行了內部檢查，發現了嚴重的腐蝕，如果不分解控制，可能會導致大橋在2014年就對重型貨車關閉，到2019年就對所有交通關閉。這條重要的交通線將被關閉的前景，重啟替換橋梁的可行性迅速非常緊迫，因此蘇格蘭交通局委託進行福斯替換橋研究（FRCS）[1]。2007年12月，蘇格蘭政府宣布，福斯替換橋應該是在現有公路橋稍西的路線上建造一座具有多方式交通能力的斜拉橋。這決定為大橋的方案設計工作鋪平了道路。
2.1 多方式交通能力方案
最初的設計概要是在假設現有公路橋完全無法使用的情況下，考慮福斯替換大橋。FRCS確定了提供跨越福斯河的可持續交通模式的要求，因此對替換通道提出了以下多種交通功能要求。
雙向四車道，帶硬路肩，使交通暢通無阻，硬路肩要足夠寬，在高峰調度為公交車道。
多方式交通功能，為預期的公共運輸（如輕軌或電車系統）提供未來冗餘（最初為適當的可持續交通模式）。
單車道和人行道相結合，也可用於維修車輛的出入。
設置風障，在連接路網可運行的所有條件下維持大橋持續可使用。
現有的公路橋提供了一條橫跨福斯河口的雙車道，而FRCS的一個重要指導原則是，補充增加了提供的一般用途車道的數量。然而，由於車行道狹窄，沒有硬路肩，加上，偶爾大風而關閉，現有橋梁在車輛發生故障時嚴重擁堵。因此，新橋可以在不增加普通交通車道的情況下提高可靠性。
考慮到這一功能所需的最小橋面寬度大約44.3米。考慮到這一嚴格的規定要求，我們研究了很多不同的車行道配置，並選擇了兩個配置方案進行詳細評估（圖2）。
圖 2 兩種車行道配置及其相應的橋塔方案
2.2 三塔斜拉橋設計方案
有三座或更多塔的斜拉橋的問題已被公認。中塔不能利用背索而獲得直接的支撐，僅其中一跨主塔的失衡活荷載將使中塔發生明顯的擺動，導致塔身產生較大的撓度和較大的彎矩。早期的設計任務之一就是研究可能的解決方案。
可行的研究階段制定的解決方案採用了剛性的金字塔型塔身，這種塔身剛性強，在這種失衡的交替下不容易發生晃動（圖3）。這在技術上是一種有效的解決方案，已經在Rion Antirion大橋和Maracaibo大橋上採用。然而，這種類型的塔形需要大型地基，與現有公路橋相當接近的塔形截面，視覺上容易引起突兀。汀九大橋的主跨度分別為448米和475米，採用了從中央塔頂的穩定纜。我們認為將此解決方案擴展至650米的主跨，可能會有一些技術困難。所需的斜拉索將比世界上最長的斜拉索長約20％。如果使用適當的斜拉索，可見的下垂量將大大增加，系統的有效也會降低，因為長斜拉索的剛度會因其下垂而大大降低。
圖 3 設計方案的可行性研究
對塔和主梁的剛度進行大量的參數研究，最後採用了兩種方案，分別對應當時考慮的兩種不同的車行道結構（表1）。最終方案中採用的方法是在主跨約25％的範圍內交叉斜拉索。
穩定中間塔方案
通過交叉斜拉索，形成了圖4所示的虛擬桁架系統。當不平衡活載施加到一個主跨上時，塔的移動會導致斜拉索抬起對面的主跨。在交叉支架區域，與遠邊塔連接的斜拉索會產生減壓，而遠邊塔又與遠側錨墩相連。該系統被證明對三塔纜索支架是有效的，甚至如[2]所述，該系統不適合於主跨數較多的橋梁，因為需要調動的斜拉索長度會越來越大，因此系統的剛度會不足。
圖 4 交叉斜拉索系統：不平衡活載下的索力
2.3 多方式交通能力方案的評估
在評估方案時，考慮了一系列標準，包括功能，成本，施工周期，外觀，環境影響和維護。桁架式方案有一些缺點，特別是在下層作為高載客量的車輛走廊運行初期，道路走線不佳。成本預算亦顯示，雙層桁架式方案的成本可能略高於單層方案，因此決定選擇單層方案作為首選的多方式交通方案。
3 現有公路橋的可持續利用
在進行這一選擇過程的同時，還在進行進一步的研究，以評估由福斯河口運輸局管理（FETA）的福斯公路大橋未來的作用。
一旦確定了主纜的腐蝕問題，FETA就啟動了一項除溼計劃，試圖阻止主纜的惡化。現場工程規模中，三臺除溼設備中的第一臺已於2008年2月投入使用。雖然要到2012年完成進一步的主纜檢查後才能決定是否需要更換或增加主纜，但最近的主纜檢查結果顯示大橋的預後有所改善，FETA認為限載日期可能在2017年至2021年之間。
FETA已經確定了福斯公路大橋的一些主要維護挑戰，因為現在的交通量是其設計交通量的兩倍以上。大橋在1964年通車時，第一年就有400萬輛車通過。這個數字已穩步增長到超過2,400萬輛，單個重型貨車的重量也從24噸增加到44噸。
考慮到主纜的預後改善，同時也認識到對一般交通的持續風險，Jacobs-Arup聯合體對福斯公路大橋未來可能的使用進行了另一種研究，作為戰略的一部分，通過最有效地利用現有的基礎設施，促進可持續發展。據此，制定了一個管理性的交叉戰略，目的是提供更可靠的現有服務和促進可持續的交通模式。實現這一目標的最佳方式是兩座橋梁同時運行，這樣就可以實現：
福斯公路大橋長期積壓的維修工作可以更有效地完成，而不影響交通。
福斯公路大橋可以限行重型貨車，以減少維護問題的嚴重性和持續的維護成本。
共享功能使新大橋成本大大降低，並補充地提高了未來運營的規模。
顯而易見，整修後的福斯公路大橋將能夠繼續承載行人和自行車交通，並作為公共汽車的交通走廊。然而，「管理式通道」戰略的一個重要組成部分是證明福斯公路橋在未來可以承載電車或輕軌系統。為此進行了一項技術研究，以考查結構伸縮縫處所需的軌道接頭的可行性，並調查如何在不參與全局系統的主梁上安裝連續軌道。該研究證明了改造現有橋梁以承載輕軌的可行性，同時保留每個方向的單條公交車道和現有人行道。
4 科學管理通道戰略的設計方案
一旦證明現有的福斯公路大橋可以滿足未來可持續交通選擇的要求，就可以重新定位新橋，以大大降低功能要求，從而獲得更經濟的設計。
修訂後的要求是，新橋必須配備一般行車線（雙程雙線）及硬路肩，以確保交通流量可靠，並允許在更換時間使用公交車。為確保在管理該通道方面有較大的靈活性，我們進行了一項檢查，以確認人行道可以暫時轉移到新橋，同時仍保持每個方向的兩個交通線（儘管要犧牲一個硬路肩）。如有需要，可完全關閉現有的公路橋，進行維修和修復。
此功能所需的最小橋面寬度為29.2米，而以前的橋面寬度為44.3米。由於橋面寬度擴展減少，而且完全取消了多功能交通方式，因此重新研究了各種方案，經過初步篩選，制定了一些新的方案，如圖5所示，這些方案非常詳細，可以進行比較評估。
圖 5 考慮橋面寬度減少的斜拉橋方案
橫截面寬度減少的一個重要結果是，它使傳統的雙肢塔橫跨在單一主梁的配置成為一種美觀可行的選擇，並開發了這種塔型的三種變體方案。每種塔型都考慮了整體箱梁，有鋼製正交異性橋面板箱梁和鋼-混凝土複合箱梁兩種變體方案。考慮了鋼-混凝土組合梯型梁方案，儘管這種主梁類型不能與H形塔結合，因為結合後的系統缺乏抗扭剛度。對於梯形梁的變型方案，考慮了主縱向構件採用製作箱梁或製作板梁方案。
單塔穿透主梁，車行道從塔的兩側通過，也被視為一種優雅的解決方案，並考慮在橋面中心錨定的單索麵方案或錨在箱梁或梯型梁邊緣的雙索麵方案。箱梁考慮採用正交異性鋼箱梁或組合箱梁，梯形梁主梁考慮採用不同的縱梁結構形式。 總共有16種斜拉橋變型方案，但由於許多方案只有細微的差別，因此對其中10種方案進行了詳細研究，其餘6種方案則通過這些研究進行推斷評估。
4.1 計劃評估
4.1.1 費用和方案
為十種不同的斜拉橋變體制定了施工方案。主梁懸臂施工的進度被評估為與正交異性板方案和組合梁方案相似，組合梁方案可能減少的周期時間被因主梁重量較重和斜拉索間距減少而增加的周期數所替代。大多數方案的施工時間為60至62個月。
方案之間的主要區別在於主塔，單塔方案的單根垂直構件速度速度，而鑽石塔架則最慢，這是因為主梁構成的複雜性和主梁與塔的結合。菱形塔方案的施工時間為68個月。
成本估算顯示，不同方案之間的成本差異出乎意料地小（<5％），因為：
成本的主要部分來自固定項目，這些項目在不同的方案之間沒有變化。
650米的跨度，接近大跨度正交異性板鋼箱梁方案和中跨度組合箱梁方案之間的經濟界限，這是歷史實踐證明的結果。
雖然梯形梁在跨度較小時是一種非常經濟的方案，但對於650米跨度來說，受力大導致板厚增加，用鋼量大。
整體梁方案的主梁較窄所節省的費用被H型和A型框架塔的基礎費用增加以及鑽石塔的塔身費用增加和總工期延長所替代。
根據工廠，材料和勞動力對其中兩種方案進行的更詳細的成本重置證實了這些結果。
4.1.2 方案選擇
制定了操作和維護問題矩陣，清楚地顯示了單層箱梁（單層橋面）的維護優勢。同時對施工（設計與管理）操作安全進行了風險評估，突出了梯形梁維護主梁中的重大風險，而採用箱梁橋面可以避免這些危險。
對與單塔相關的主梁進行了截面模型風洞試驗，包括3.0米高50％透風率率的風障。測試結果顯示，單索麵單箱梁方案在空氣動力學上是穩定的，但沿邊緣錨定鋼纜的桁架梁主梁在空氣動力學上存在問題。對採取措施進行逐步調查，並取得了一些成功，但空氣動力性能較差被認為是研究梯形梁的固有風險。
在整個項目過程中，諮詢了蘇格蘭建築與設計公司的意見，並與項目組達成共識，認為獨柱塔該地最有利的美學效果。其他評估標準也得到了考慮，包括對環境的影響（所有方案相似）和與進場道路的配合（對兩個走廊方案更有利）。
考慮到所有的標準，項目組建議將單塔與單箱梁作為首選方案。這是一個經濟、低風險的解決方案，易於操作和維護，纖細優雅的塔身實現了現代標誌的願望，同時又不影響現有橋梁。橋面中央的平行斜拉索成為大橋最突出和一眼就能認出的特點。蘇格蘭政府接受了這一建議，並在2008年12月確認了方案細節。
5 首選方案
5.1 總體布置
大橋總長2,638米，雖然分為斜拉橋和南側引橋高架橋，但結構從橋墩到橋墩是連續的，沒有中間伸縮縫，固結於置於比馬巖（Beamer Rock）上的中塔，所有橋塔和橋墩均提供橫向支撐。橋塔是位於橋面中央的垂直鋼筋混凝土構件，單索麵布置雙索。如前文所述，斜拉索在主跨中心重疊。
主梁本身是一個流線型的箱梁，可以採用正交異性板鋼箱梁或組合結構。考慮到斜拉索採用了單索麵，我們已經進行了研究，調查了主梁在一些不同交通情況下的扭曲行為，以建立主梁扭轉的適當設計標準，並確認設計符合要求。
引道高架橋的主要設計要求採用跨度較大以減少對環境的影響，並與斜拉橋保持視覺上的連續性。特別是其中一跨必須在90米的單跨中跨越埃德加港軍營和附近的道路。通過雙幅混凝土或複合材料結構的等高箱梁支撐在V型墩上，達到美觀要求。
圖 6 首選方案總體布置
5.2 施工方案研究
考慮到交叉索的特殊性，對上部結構的施工進行了研究。斜拉橋的典型施工方法是懸臂施工至主跨中間，然後安裝合龍段。同樣的方案也可以用於有橫梁的情況，但對主跨即將合龍前的情況，特別調查了比馬巖中塔的穩定性。已進行的風阻分析表明，重力式基腳將是穩定的，即使橋面下塔的扭曲是控制的，但也是可以接受的。
為了減少中塔懸臂的長度，考慮了兩種施工方法。在第一種方法中，中塔的懸臂只架設到交叉索區域的起點，而邊塔的懸臂則架設到跨度中點以外，直到交叉索區域的遠端。第二種方案是將每根懸臂都建造到交叉索的起點，然後用重型吊裝系統將主梁中央部分整體吊裝。為了避免同時吊裝兩個主跨的要求，可以在中塔的另一個懸臂上採用水壓載系統。經調查認為，有一系列可行的施工方法。
5.3 主塔地基
橋梁的位置是由在比馬巖上建立基礎的願望決定的。設想的施工方法是將一個預製蜂窩基座浮起定位，然後沉入一個預先通過爆破而準備好的平臺上。這樣就可以將基座放置在巖石上開出的槽內，在兩邊留出巖石壁壘，形成一種天然的船舶衝擊保護。
尤其是南塔，由於其位於22米的水深中，並且由於其靠近福斯深水航道的位置，特別容易受到船舶撞擊，這給基礎的施工帶來了一些困難。為確定適當的船舶撞擊載荷，進行了詳細的海上碰撞風險評估。擬議的地基是一個預製的蜂窩狀承臺，浮運到位，並通過若干導樁下沉，餘下的樁柱會穿過樁帽打入地底。設想採用 16 根直徑為 3.0 米的樁。
在前期研究中，福斯三橋首選方案將優雅與經濟相結合。證明翻新後的福斯公路大橋將來可用於承載輕軌或有軌電車系統，這一點非常重要，因為它表明了一個精緻的、更窄的替換大橋仍可提供項目所需的所有好處。在當前自然資源不斷減少和氣候變化風險不斷出現的時代，尋找創新的方法來替代地利用老舊的基礎設施，以減少對新結構的需求將變得越來越重要。連接道路網也採用了類似的策略，通過使用最先進的交通管理技術，可以替代地減少對多餘的道路和路口改善的需求，同時又可以實現更可靠的行程和改善連接。
該項目經過修訂和完善，2016年的最終成本估計在17億至23億（英鎊）之間，比原來的估計節省了約17億，同時項目對環境的影響也有所改善。
第二部分
福斯三橋組合梁斜拉橋實施方案
愛丁堡附近的福斯三橋是一座公路橋，它是由兩座主跨650米的主橋和兩座引橋組成的組合梁斜拉橋。主橋寬度為40米，有兩個斜拉索平面，索間距為16.4米，組合梁由單根開口鋼箱組成，頂部為混凝土板。
該橋按照歐洲規範設計標準進行設計。鋼主梁的一般設計方法是根據歐洲規範3的降低應力法，以及單個板塊和整個板塊的有限元（FE）殼法計算。FE殼法符合[7]附件C模型5，即計算是基於非線性材料特性和非線性幾何行為，最後包括板件缺陷。典型的鋼結構箱體採用縱向槽鋼加勁和橫撐框架加勁，橫梁間距為4.05m，在三座塔周圍以及斜拉橋跨中單鋼箱體與引橋高架橋上分離的雙箱體之間的過渡區做了特殊的細部處理。斜拉橋的鋼結構在中國製造，長度為16.2米的鋼槽型梁段被運到蘇格蘭，在那裡澆築混凝土橋面。之後，這些鋼構件通過海路運輸到橋址，吊裝到最終位置，安裝兩根斜拉索，並錨定在主梁和橋塔上。
福斯三橋是英國最高的橋梁，並被2016年金氏世界紀錄認定為世界上最大的獨立平衡懸臂。南北兩座引橋頂推法施工，最大懸臂跨度為104米。
1 方案簡介
福斯三橋是一座橫跨福斯河口的大型斜拉橋，靠近蘇格蘭愛丁堡，於2017年通車。斜拉橋有兩座主跨650米，引橋最大跨度90米，全橋實施方案的立面圖為1，圖2為斜拉橋和引橋的斷面圖。
圖1 橋梁立面圖
圖2 主橋及引橋立面圖
斜拉橋有三座混凝土塔，高度達210米，位於橋的中心線。所有的橋塔都能抵抗橫向力，但位於河口中心島上的中塔是縱向約束點。在S1墩和N1墩上設置了垂直拉索，以作為南北邊塔ST和NT的錨索連接。
所有的縱向力將在中塔上獲得，而扭轉力矩將在中塔、橋墩和引橋橋墩上獲得。縱向移動將在南橋臺和北橋臺（SA和NA）的伸縮縫處進行。橫向上，橋面在所有的橋塔、橋墩和橋臺都有支撐。
每跨由一個扇形的中央斜拉索平面支撐。每個扇形由二十四對錨固在主梁和塔身鋼結構中的斜拉索組成。斜拉索的橫向間距約為5米，縱向間距為16.2米，錨固在主梁結構的中央腹板上。斜拉索在跨中交叉設置。這種交叉為中塔提供了縱向穩定性，從而減少了中塔基礎的傾覆力矩，降低了主跨不對稱活載時的橋梁撓度。這一方案使塔身設計更加細長。
中塔的斜拉索錨固在縱向腹板（稱為斜拉錨固腹板）之間，如圖2所示，但來自ST和NT邊塔的斜拉索錨固在斜拉索錨固腹板外，這使得斜拉索的交叉錨固成為可能。在主梁結構內部，斜拉索錨具通過與斜拉索具有相同水平傾斜度的鋼梁橫向連接。
斜拉橋混凝土板寬39.8m，厚度不等，橫向預應力較大。混凝土板由一個最大寬度為29.5 m的大型鋼槽梁支撐。這意味著混凝土板由兩個斜腹板和兩個斜拉錨固腹板支撐，且每側的懸臂長度約為5.2 m。大型鋼槽梁由兩個斜腹板和一個寬度為26.2 m的底板組成。大型鋼槽梁與混凝土板一起形成一個封閉的箱梁，其中兩個斜錨腹板對稱布置，間距約為5.0 m。大型鋼槽梁的高度從中心的4.5 m到斜腹板處的4.0 m不等。斜腹板、底板和斜拉錨固腹板由縱向U肋進行加固，如圖2所示。橫向桁架橫梁每隔4.05 m設置一個，因此標準16.2 m橋段有4個橫梁。
封閉箱梁採用除溼防腐。鋼結構僅在施工期間在封閉的箱內塗漆防腐。橋梁外表面的油漆系統符合EN 12944-2。2011年，蘇格蘭交通局將工程設計和施工合同授予FCBC，FCBC是一家由Hochtief、Dragados、American Bridge International和Morrison construction組成的建築合資企業。為了進行詳細設計，FCBC委託了一家由Ramboll、Leonhardt、Andrund Partner和SWECO組成的聯合體。該橋的施工於2017年完工。
2 鋼結構詳細設計
業主設計依據由蘇格蘭交通局和雅各布奧雅納合資公司編制。整座橋梁的設計符合歐洲規範[3]至[7]，包括英國的國家附件。橋梁的風荷載效應已通過[ 1]中所述的永久性階段和施工階段的風洞試驗確定。
2.1 有限元-梁和殼模型
在詳細設計中同時使用了FEM軟體Lusas和Sofistik，兩個模型進行了比較，結果顯示全橋各部分的內力大致相同。在梁理論不能正確確定應力的部分，梁模型為FE殼分析提供了邊界條件。這些半全局殼模型被用於圖3所示的橋梁區域。
圖3 半整體殼體模型
半整體有限元-殼模型的輸出是應力，而有限元-Lusas梁模型只提供截面力。Ramboll開發了一個設計程序，該程序要麼使用梁截面力，然後根據梁理論將其轉換為橫截面應力，要麼直接使用來自有限元殼模型的應力。
Ramboll設計程序根據歐洲規範3第5部分[7]計算橫截面的所有單個鋼板厚度。該程序調查所有ULS、SLS和ALS負載情況。在ULS荷載工況下，對vonmises應力、局部穩定性、柱穩定性和板穩定性進行了校核。設計程序基於降低應力法。在SLS荷載情況下，應根據歐洲規範3、[6]和[7]檢查所有單板的變形標準和呼吸區。
在塔和橋墩附近會出現較大的剪切滯後效應。這些效應自動包含在相關區域的半全局殼體模型中。斜拉索支撐點附近的剪力滯後效應也被量化到橋跨中更遠的地方。這些研究是在橋跨中具有代表性的FE殼模型的基礎上進行的，如圖3所示。為了將代表性模型的結論擴展到所有跨內段，確定了諸如斜拉索索力和傾斜度等控制參數。在Ramboll設計程序中提到梁理論的部分，對剪力滯後進行了因子化輸入。跨內殼模型也被用來確定由於主梁結構橫向彎曲等非梁類行為引起的橫向應力。
2.2 板的屈曲
Ramboll採用Eurocode 3第5部分[7]對底板、斜板和錨固腹板的所有板厚進行設計，Ramboll採用的是設計程序--降低應力法。減輕應力法不能考慮作用在板上的法向應力是對應於法向力還是力矩，但設計程序有一個組合公式，將縱向應力和橫向應力結合起來。
為了使整個橋梁的板厚最小化，Ramboll對單個板塊或整個板塊使用了FE殼法，其中高利用率是由設計程序--減少應力法確定的。FE殼法遵照參考文獻[7]附件C模型5，即計算是基於非線性材料特性和非線性幾何行為，最後包括缺陷。
由於混凝土板的重量在複合橋的總荷載中佔了很大的比重，所以整個橋梁的混凝土板厚度已經全部最小化，這對於設計一個最優的組合結構至關重要。降低應力法和FE殼法的結合，使鋼結構的橋面板厚達到了最小。
3 主梁結構細節
Queensferry Crossing在中塔和邊塔周圍有特殊的細節，即斜拉橋的主梁過渡到引橋雙幅梁。
3.1 中塔布置
橋面固定在中塔上，限制了所有的移動和旋轉。中塔周圍的水平布置如圖4所示。
圖4 中塔周圍布置及有限元板殼模型中塔周邊板件應力值
板式橫隔板設置位於中塔的每一邊，主要從傾斜腹板轉移垂直力到中塔。錨固腹板在塔區不貫通，終止於板式橫隔板，錨固腹板中的垂直力將轉移到兩個縱向附加腹板上，它們位於中塔的兩側。連接中塔的有錨固腹板、附加腹板和板式橫隔板，在板式橫梁和附加腹板上焊接剪力連接器，它將力從鋼主梁轉移到中塔的混凝土上。此外，圖4示出了在中塔的每側上的兩個橫梁的位置。這些橫梁將主要的局部力傳遞給附加的和傾斜的腹板，這意味著這些可以被設計為桁架式橫梁而不是板式橫梁。
橫梁頂部的混凝土板在縱向和橫向上都有預應力，在橫梁底部澆築了另一塊混凝土板，在兩個方向上也有預應力，如圖4所示。之所以要在底部預應力，是因為在施工階段，斜拉索的張拉範圍會很大，會引入很大的下垂力矩。圖4中顯示了底板和傾斜腹板的局部FE殼模型的Von Mises應力。該局部FE殼模型已被用於設計中塔附近的鋼主梁的所有鋼板厚和桁架橫梁的所有管構件。
3.2 邊塔布置
在永久性的情況下，主梁結構只在橫向上得到支撐，因此主梁結構可以在縱向和垂直方向上自由移動；在施工階段則相反，邊塔和中塔作為獨立塔建造，這就是為什麼結構必須在縱向和橫向上得到支撐。然而在施工階段，邊塔也支撐主梁結構圍繞垂直和縱向軸線的旋轉。主跨度較大的斜拉橋不採用平衡懸臂法施工。
邊塔的永久和臨時支撐如圖5所示。在橫向方向上，兩塔兩側各有四個臨時支座和一個永久支座。永久支座只存在於邊塔的一側，即最靠近中塔的一側。在縱向上，由於永久階段的縱向變形只在中塔處受到約束，因此在施工階段，邊塔的每一側只有一個臨時支座，而在永久階段則沒有。另外圖5為邊塔附近的板式橫梁和桁架桁架的位置。
圖5 邊塔的永久和臨時支撐
永久水平支撐相對於邊塔偏心位置，即遠離塔的空心。偏心位置是允許的，因為塔能夠將支撐反作用力傳遞到塔中心，而不需要任何額外的加固，而且反作用力在邊塔上產生的扭轉力矩對塔的設計影響很小。邊塔兩側的橫向隔板僅設計為兩個附加腹板之間的板式端橫隔板；這是為了將豎向荷載從錨固腹板轉移到附加腹板上。傾斜腹板的豎向荷載不應大量轉移到附加腹板上，因此橫向隔板只在這一段設置。圖5中的橫向支撐隔板為板式橫隔板，以保證水平反力能從頂部的混凝土板和截面底部的鋼板傳遞到支撐上。對底板和斜腹板做了局部FE殼模型，設計了邊塔附近鋼結構中所有鋼板厚和桁架式隔板圓管。該FE殼模型展示了集中反力將如何轉移到鋼主梁結構和混凝土板中。
3.3 斜拉橋和引橋之間的過渡
單箱斜拉橋與雙箱引橋之間的過渡區如圖6所示。過渡區位於兩個橫向板式橫隔板之間。錨固腹板一直延伸到離引橋最近的板式橫隔板上。斜拉橋的兩個外斜腹板直接延續到引橋外斜腹板。引橋的內斜腹板延伸到離斜拉橋最近的板式橫隔板。
圖6 單箱斜拉橋與雙箱引橋之間的過渡區
作用在引橋內斜腹板上的豎向荷載主要通過過渡區的橫隔板傳遞到斜拉錨腹板上。作用在引橋外側斜腹板上的荷載將直接傳遞到斜拉橋斜腹板上。引橋的水平荷載通過底板、整體式鋼主梁的兩個橫隔板之間的水平梁以及最後位於橫截面頂部的混凝土板傳遞到斜拉橋，如圖6所示。此外，還顯示了底板、斜腹板和橫隔板的FE殼模型的Von Mises應力。本局部FE殼模型設計了過渡區附近鋼結構中所有板厚和橫梁上的管件。
4 布置，運輸與施工
斜拉橋的鋼構件由ZPMC（振華）在中國按照EN1090標準和設計聯合體制定的鋼結構工程規範進行製造。鋼板的製作、組裝成全寬的橋段和表面保護處理都是在大型的製作車間內進行的，內部用多輪式運輸車運輸，如圖7所示。
圖7 製作廠及板件的運輸
南引橋和北引橋的鋼結構由英國克利夫蘭橋梁公司（CBUK）按照與斜拉橋節段製造相同的規範在英國製造。
製造完成後，將生產的鋼節段運至現場。從中國運來的節段由大型船舶運輸，分段堆放如圖8。在運輸過程中，根據Palmgren-Miner規則，節段的任何部分都不能承受導致損傷指數大於0.1的疲勞壽命載荷，除非應力低於所考慮細節的恆定振幅疲勞閾值。
圖8 從中國運輸來的節段
到達現場場地後，為每個節段澆築混凝土橋面。對於斜拉橋的主體部分，混凝土節段隨後通過平衡懸臂法從每個塔架開始逐節提升到位，見圖9和圖10。
圖9 節段提升現場圖1
圖10 節段提升現場圖2
節段板構件連接採用栓焊結合方案，U肋採用槽用摩擦夾緊螺栓連接在一起，腹板、底板採用焊接。由於已經安裝的節段（帶有橋面吊機）和提升節段的變形不同，見圖11a和11b，這兩個節段通過預先安裝的對準裝置對齊。在裝配過程中以及對斜拉索施加應力期間，應特別注意焊接和螺栓連接的順序和範圍，以控制和最小化鋼箱中的任何鎖定應力。
圖11 橋面板應變圖
對於位於交叉斜拉索區後面的一些節段，該施工程序控制了設計，主要是因為節段在安裝混凝土橋面的情況下被提升，導致在提升位置後，一定範圍內（2-4節段）的節段底板高應力，見圖12a和12b。
圖12 橋面板應力圖
節段焊接完成後，節段混凝土橋面板之間的接縫進行現澆。
對於塔的施工，在安裝橋面板段期間，施工活荷載對懸臂結構至關重要。為了應對三個獨立式橋塔的這種平衡情況，與業主要求相比，一些施工活荷載已經減少，並且引入了可移動壓載。為了減少荷載，施工期間對橋梁上的活荷載進行監測和登記至關重要，並在架設階段密切關注。此外，還引入了臨時繫緊裝置，以減輕安裝階段吊裝期間節段意外損失的影響。
南引橋、北引橋及斜拉橋北段在橋臺後岸邊拼裝，然後進行頂推安裝，然後現澆混凝土橋面。頂推區域見圖1。該頂推作業涉及北側104m長的自由懸臂（N2和N1之間），部分節段由該區域的鋼橋面設計控制。在安裝過程中，懸臂箱由一根主柱支撐，見圖13a和b。在斜腹板之間還增加了如圖6所示的對角線系梁，以便在頂推作業期間增加主梁鋼結構的抗扭剛度。
圖13 頂推方案