博斯普鲁斯海峡（Straitof Bosporus），又称伊斯坦布尔海峡，北连黑海（The Black Sea），南通马尔马拉海（Marmara Sea）和地中海（Mediterranean Sea），是一条狭窄水道。它不仅是沟通欧亚两洲的交通要道，同时也是黑海沿岸国家出外海的第一道关口，地理位置独特，自古以来一直为世人所瞩目。2016年，土耳其伊斯坦布尔第三座跨博斯普鲁斯海峡大桥通车，同时也成为斜拉-悬索协作体系用于超大跨度桥梁的重要实践。
三桥两隧 交通繁忙
土耳其海峡又称黑海海峡，从北向南由博斯普鲁斯海峡、马尔马拉海、达达尼尔海峡组成，是欧亚大陆的分界线。博斯普鲁斯海峡现有3座桥梁、两条隧道（如图1、表1）。博斯普鲁斯海峡长约37公里、宽约550～3000米、深约30～120米。伊斯坦布尔市位于海峡南半部，2010年人口约1300万，比十年前增长约50%。2015年，拥堵指数为58%，夜间高峰为109%，这意味着路途等待的时间是实际行驶时间的两倍。由于海峡水上交通繁忙，因此计划在西侧另开挖一条45公里长、400米宽、25米深的运河。
图1 博斯普鲁斯海峡上的通道
斜拉悬索桥跨越千米
博斯普鲁斯海峡3号桥采用斜拉悬索桥中的混合式（或称为部分并联式）结构，在斜拉结构和悬索结构之间设置了刚度过渡区（如图2）。
图2 斜拉悬索桥构造模式
在en.structurae.de统计的45座斜拉悬索桥中选取可统计的资料，另加乌江桥，画出斜拉悬索桥统计图（如图3）。其中20座在法国、4座在欧洲其他国家、3座在阿尔及利亚。可见，该桥型在欧洲和地中海沿岸共有27座，占统计数的60%。其中，结构刚度有突变的串联式很少使用；并联式由于过于繁杂，斜拉索和悬索的吊杆互相干扰，多用于早期中小跨径桥梁之中。
图3 2016年前斜拉悬索桥统计图
经过近七八十年的沉默期，串联式斜拉悬索桥在乌江复苏。马尔马拉海东端的新伊兹密特海湾桥（New Izmit Bay Bridge）也曾有一个主跨1665米的串联式斜拉悬索桥方案（如图4），主跨构造模式类似乌江桥，可以采用双索面。考虑到串联式的结构缺陷，该方案最终被放弃，取而代之的是常规悬索桥方案。该桥于2017年7月建成，主跨1550米。
图4 新伊兹密特海湾串联式斜拉悬索桥方案和最终采用的悬索桥方案
博斯普鲁斯海峡3号桥在主跨设置4个索面（如图6），并解决了刚度过渡区重复吊拉的工艺之后，终于使斜拉悬索桥跨越千米，进入特大桥行列（如图5）。
图5 博斯普鲁斯海峡3号桥总布置图
图6 博斯普鲁斯海峡3号桥主梁布置图
博斯普鲁斯3号桥
3号桥（The Yavuz SulTan Selim Bridge）采用BOT投资建设模式，总承包商伊卡（ICA）公司是土耳其圣塔（ICTAS）和意大利阿斯塔迪（ASTALDI）合资成立的。合同总金额28.78亿美元，桥8亿美元、高速公路20.72亿美元。2013年开工，2016年8月28日开通。该项目收入未能达到预期，于2018年7月30日，授权中国工商银行作为牵头监管机构，为大桥27亿美元的流动贷款再融资。
总体用钢量达7万吨
该桥的钢梁由57个节段组成，每个分段重850吨。钢材为S460m/ml和S355J0（韩）。面板厚14 毫米/12 毫米，肋板厚 8毫米/7毫米，土耳其造船厂制造。
斜拉索176根，最长斜拉索597米，75至15丝，斜拉索抗拉强度1960兆帕。阻尼器最大高度位于桥面以上7.2米处。悬索2根，每根长2420米，垂直吊杆34对。Freyssinet公司的制索工期从初始图纸到完成历时4年。
悬挂部分施工程序
悬索吊杆从12号节段开始，至斜拉索末端第22号节段，共10根，其余6根在无斜拉索部分（如图8）。
图8 悬斜拉索、吊杆、钢梁节段编码图
悬挂部分吊杆与斜拉索交叉，在施工阶段内力和位移变化复杂，需要交错装拆和调节。钢梁节段长度24米，悬索吊杆“H”从端部退后8.5米。但是在节段n=12、16、20、21、22上设有临时吊杆“TH”，位置如图7所示。“H”和“TH”需按设计控制指令交错装拆和调节，装拆和调节内容按顺序归纳于表5。
图7 节段n上的悬索吊杆位置图
边跨的混凝土梁和地锚梁
边跨是支撑在桥墩上的混凝土箱梁，桥墩上设有隔震支座。斜拉桥末端5根索是锚固在地锚梁上，更增加了全桥的刚度。悬索也是固定于地锚梁后的地锚上，地锚深度50米（如图9）。
图9 斜拉索地锚梁和悬索地锚
在混凝土箱梁下的桥墩上，设置双弧面柱形支座替代阻尼器。在主梁产生纵向位移时，支座上部有抬高的趋势，支座上的压力增大，可以有效阻止继续位移，既起到减振作用，又释放索力，减少塔的绕曲。但是，从桥塔处支座到地锚端处支座上弧面的半径R，从2米逐渐加大到∞，成为平面（下弧面半径也相应有小幅度减少，如图10）。纵向移动产生的抬高量，从桥塔到地锚梁逐渐减小，到地锚端处恒为零。混凝土箱梁桥面（轨道面）可以与地锚梁路面（轨道面）平顺衔接。
图10 双弧面柱形支座（单位：mm）
总体来看，四索面布置解决了悬索吊杆与斜拉索干扰、过渡段斜拉索与悬索吊杆施工程序、双弧面柱形支座替代阻尼器是该桥的几个特点。
本文刊载 /《桥隧产业资讯》杂志 2019年 10月刊 总第38期
作者 / 刘效尧
作者单位 / 安徽省公路学会