博斯普魯斯海峽（Straitof Bosporus），又稱伊斯坦堡海峽，北連黑海（The Black Sea），南通馬爾馬拉海（Marmara Sea）和地中海（Mediterranean Sea），是一條狹窄水道。它不僅是溝通歐亞兩洲的交通要道，同時也是黑海沿岸國家出外海的第一道關口，地理位置獨特，自古以來一直為世人所矚目。2016年，土耳其伊斯坦堡第三座跨博斯普魯斯海峽大橋通車，同時也成為斜拉-懸索協作體系用於超大跨度橋樑的重要實踐。
三橋兩隧 交通繁忙
土耳其海峽又稱黑海海峽，從北向南由博斯普魯斯海峽、馬爾馬拉海、達達尼爾海峽組成，是歐亞大陸的分界線。博斯普魯斯海峽現有3座橋樑、兩條隧道（如圖1、表1）。博斯普魯斯海峽長約37公里、寬約550～3000米、深約30～120米。伊斯坦堡市位於海峽南半部，2010年人口約1300萬，比十年前增長約50%。2015年，擁堵指數為58%，夜間高峰為109%，這意味著路途等待的時間是實際行駛時間的兩倍。由於海峽水上交通繁忙，因此計劃在西側另開挖一條45公里長、400米寬、25米深的運河。
圖1 博斯普魯斯海峽上的通道
斜拉懸索橋跨越千米
博斯普魯斯海峽3號橋採用斜拉懸索橋中的混合式（或稱為部分並聯式）結構，在斜拉結構和懸索結構之間設置了剛度過渡區（如圖2）。
圖2 斜拉懸索橋構造模式
在en.structurae.de統計的45座斜拉懸索橋中選取可統計的資料，另加烏江橋，畫出斜拉懸索橋統計圖（如圖3）。其中20座在法國、4座在歐洲其他國家、3座在阿爾及利亞。可見，該橋型在歐洲和地中海沿岸共有27座，占統計數的60%。其中，結構剛度有突變的串聯式很少使用；並聯式由於過於繁雜，斜拉索和懸索的吊杆互相干擾，多用於早期中小跨徑橋樑之中。
圖3 2016年前斜拉懸索橋統計圖
經過近七八十年的沉默期，串聯式斜拉懸索橋在烏江復甦。馬爾馬拉海東端的新伊茲密特海灣橋（New Izmit Bay Bridge）也曾有一個主跨1665米的串聯式斜拉懸索橋方案（如圖4），主跨構造模式類似烏江橋，可以採用雙索麵。考慮到串聯式的結構缺陷，該方案最終被放棄，取而代之的是常規懸索橋方案。該橋於2017年7月建成，主跨1550米。
圖4 新伊茲密特海灣串聯式斜拉懸索橋方案和最終採用的懸索橋方案
博斯普魯斯海峽3號橋在主跨設置4個索麵（如圖6），並解決了剛度過渡區重複吊拉的工藝之後，終於使斜拉懸索橋跨越千米，進入特大橋行列（如圖5）。
圖5 博斯普魯斯海峽3號橋總布置圖
圖6 博斯普魯斯海峽3號橋主梁布置圖
博斯普魯斯3號橋
3號橋（The Yavuz SulTan Selim Bridge）採用BOT投資建設模式，總承包商伊卡（ICA）公司是土耳其聖塔（ICTAS）和義大利阿斯塔迪（ASTALDI）合資成立的。合同總金額28.78億美元，橋8億美元、高速公路20.72億美元。2013年開工，2016年8月28日開通。該項目收入未能達到預期，於2018年7月30日，授權中國工商銀行作為牽頭監管機構，為大橋27億美元的流動貸款再融資。
總體用鋼量達7萬噸
該橋的鋼樑由57個節段組成，每個分段重850噸。鋼材為S460m/ml和S355J0（韓）。面板厚14 毫米/12 毫米，肋板厚 8毫米/7毫米，土耳其造船廠製造。
斜拉索176根，最長斜拉索597米，75至15絲，斜拉索抗拉強度1960兆帕。阻尼器最大高度位於橋面以上7.2米處。懸索2根，每根長2420米，垂直吊杆34對。Freyssinet公司的制索工期從初始圖紙到完成歷時4年。
懸掛部分施工程序
懸索吊杆從12號節段開始，至斜拉索末端第22號節段，共10根，其餘6根在無斜拉索部分（如圖8）。
圖8 懸斜拉索、吊杆、鋼樑節段編碼圖
懸掛部分吊杆與斜拉索交叉，在施工階段內力和位移變化複雜，需要交錯裝拆和調節。鋼樑節段長度24米，懸索吊杆「H」從端部退後8.5米。但是在節段n=12、16、20、21、22上設有臨時吊杆「TH」，位置如圖7所示。「H」和「TH」需按設計控制指令交錯裝拆和調節，裝拆和調節內容按順序歸納於表5。
圖7 節段n上的懸索吊杆位置圖
邊跨的混凝土梁和地錨梁
邊跨是支撐在橋墩上的混凝土箱梁，橋墩上設有隔震支座。斜拉橋末端5根索是錨固在地錨樑上，更增加了全橋的剛度。懸索也是固定於地錨梁後的地錨上，地錨深度50米（如圖9）。
圖9 斜拉索地錨梁和懸索地錨
在混凝土箱梁下的橋墩上，設置雙弧面柱形支座替代阻尼器。在主梁產生縱向位移時，支座上部有抬高的趨勢，支座上的壓力增大，可以有效阻止繼續位移，既起到減振作用，又釋放索力，減少塔的繞曲。但是，從橋塔處支座到地錨端處支座上弧面的半徑R，從2米逐漸加大到∞，成為平面（下弧面半徑也相應有小幅度減少，如圖10）。縱向移動產生的抬高量，從橋塔到地錨梁逐漸減小，到地錨端處恆為零。混凝土箱梁橋面（軌道面）可以與地錨梁路面（軌道面）平順銜接。
圖10 雙弧面柱形支座（單位：mm）
總體來看，四索麵布置解決了懸索吊杆與斜拉索干擾、過渡段斜拉索與懸索吊杆施工程序、雙弧面柱形支座替代阻尼器是該橋的幾個特點。
本文刊載 /《橋隧產業資訊》雜誌 2019年 10月刊 總第38期
作者 / 劉效堯
作者單位 / 安徽省公路學會