2020年1月29日，以肯尼迪母亲名字命名的新罗斯·菲茨杰拉德·肯尼迪大桥通车。它是N25公路穿越新罗斯以南巴罗河的通道，也是爱尔兰最长的大桥。这座230m双主跨部分斜拉桥，超越此前波兰Kwidzyn的Vistula河大桥（204m双主跨），成为世界最大跨径预应力混凝土部分斜拉桥。
多维度优化突破约束瓶颈
限制因素
设计存在诸多限制条件，具体如下：
1.三座桥塔位置固定，主跨度随之确定为230m。
2.桥塔高度有限，使大桥只能采用部分斜拉桥结构，且斜拉索角度需控制在12度以下。
3.通航净空有明确要求,在平均高水位上宽117m、高36m。
4.主梁和桥塔（至少外表面）需为全混凝土封闭断面，采用倾斜腹板，无支撑或肋。
5.中塔处最大梁高8m，中跨处最大梁高3.5m。
6.必须采用单索面。
7.桥台高出地面的最大高度为10m。
在这些限制下，优化设计的可变量仅包括缆索间距、数量、尺寸以及主跨的截面配置。同时，引道的平面和高程、边跨配置、道路线形设计均有优化调整空间。
设计优化
在上述约束下，设计团队将样板设计优化为详细设计，并开展了多方面优化：
1.横断面优化：将倾斜外腹板修改为两个相距8m的垂直腹板，用预制板替代外腹板以维持封闭断面外观。预制板对横向特性有贡献，但纵向上每块板间存在20mm间隙，对纵向无贡献。
2.斜拉索与桥塔优化：摒弃最初三条平行斜拉索组合的单索面，改用纵向间距6.5m、最大尺寸127股的单斜拉索单索面。同时，在塔上通过的斜拉索设置鞍座，以减小主梁宽度，使塔的宽度从2.6m缩减至1.6m。
3.混凝土强度优化：为保持主梁相对较轻的重量，在关键部位采用高强度混凝土，减少腹板和顶板厚度。主跨使用C80/95混凝土，边跨采用C60/75混凝土，引桥设计为C50/60。
4.其他优化：对边跨进行小幅调整，优化纵向性能；修改道路线形，减少两端桥面宽度，力求横断面同宽，并通过改变纵面线形将桥长从905m缩短至887m（图1）。
图1 桥型及桥位平面图
差异化方案提升施工效率
下部结构
下部结构采用的施工方法主要是常规方法。结构物西侧的扩大基础，即A1至P2的基础，可利用当地的挖掘工程在原地施工。P3墩基础，也是一个扩大基础，由于其位置和潮汐范围内的河道基岩，在施工中需要设置辅助墙和临时防护。对于主要的中塔P4，为了施工承台和悬臂施工临时墩（上部结构施工所需，详见下文），在河道中间开辟了一个临时半岛，并设置了一条通道。这样就可以在不需要钢板桩或围堰的情况下进行基础施工。其余结构东侧的基础均位于河床外的旱地。因此，根据每个墩台的特殊情况，采用常规方法建造深层或浅层基础，从设计角度看，对下部结构没有特殊要求。
上部结构
经过详细的研究，优化施工方法方案，主要是为了简化整体流程，缩短工期，决定对引桥和边跨采用不同的施工方法，对两个主跨部署不同的施工方法，来实施上部结构。这样就采用了4个挂篮作业，其中2个在P4以平衡悬臂方式推进，2个从P3和P5开始，在边跨建成后采用单悬臂推进。引桥采用脚手架施工主箱体，采用翼型横向挂篮施工悬臂部分。施工中需要搭建三个临时塔架（图2）。其中两座临时墩位于边跨的中间位置，以便在安装斜拉索和主跨悬臂之前，在脚手架上建造引桥主梁。
图2 施工方案示意图
这两个临时墩只能在受压状态下工作，在施工过程中的某个阶段它们将失去与主梁的接触。另一方面，为了减少施工过程中中墩（P4）的弯矩（使其尺寸最小化），在距离中墩24m处采用了一个临时墩。该临时墩需要施加垂直预应力，以保证其在悬臂阶段的所有荷载情况下都能保持受压状态。
引桥上部结构施工
分两个阶段建造。利用已建成的中央箱室，使用独立的翼式吊运机（横向挂篮）安装预制板和浇筑悬臂梁，见图3和图4。
图3 桥梁西侧第1、2跨主梁箱室在地面采用脚手架施工
图4 预制板和悬臂采用翼式吊运机施工
此工艺方法的采用，与欧洲规范的爱尔兰国家附件强制要求相关，该要求规定整个截面宽度需满足受压要求，而非仅靠近预应力锚头处。由于各施工阶段会产生显著张力，需谨慎考虑纵向后张预应力，这对构件最终布局至关重要。横断面分三个阶段浇筑（底部U形、顶板、翼板和预制板），且需在横断面水平进行多阶段后张拉。
该施工过程要求对主箱室进行SLS验证的详细计算，并分阶段施加内部预应力，确保使用中结构受压。若采用单阶段施工，后张预应力工程量会显著增加。
主跨施工
两个230m长的中跨采用悬臂法和挂篮建造。因塔的不对称性，中墩P4和边塔的节段数不同。边跨在脚手架上完成后再建造边塔，故仅需单悬臂施工中跨，且悬臂长度不同，P4为140m，P3、P5为90m。
图5 在挂篮施工前在P4墩进行悬臂平衡
悬臂结构施工采用全断面挂篮。纵向后张法施工顺序如下：在n-1段张拉纵向预应力束；将挂篮前移至n段并设置，包括几何校正；在n段放置预制板和钢筋；对n-2段进行横向预应力后张拉作业；将n-2段的斜拉索张拉至施工目标荷载；浇筑n段混凝土。
悬臂施工前，开展特定的混凝土蠕变和收缩试验，以更精准预测施工期间桥面变形。
施工初期预计每个悬臂施工周期7至15天，但实际进度波动较大，增加了几何控制难度，需不断更新和验证模型。ARUP和CFC使用不同软件包构建两个模型，确保挂篮水平设定阶段提供给现场的信息准确。虽第一段挠度测量在预期公差内，但从中塔第12号段起，模型预测变形与实地结果出现显著差异，尤其在14号至20号段，需对几何形状和变形进行更细致控制。经分析，差异由早期高强度混凝土的弹性和短期特性导致，因此调整几何控制模型，并将后续各段拆模时间延长至60小时。
因悬臂不对称，浇筑24号段时及中央悬臂中17号斜拉索(位于18号段中)受力前，悬臂间出现最大挠度差。为此设计特殊锁定系统，确保浇筑合龙段时无差动偏移或旋转。锁定构件由主梁顶部两根1.5m高的钢梁组成，每根钢梁有4排两对直径40mm的McAlloy钢筋，除保证浇筑中央段时悬臂无相对位移外，还可将悬臂水平差修正至400mm，高于预测值，西侧和东侧悬臂差值分别达150mm和120mm。
图6 锁定系统实拍图
挂篮
主跨施工配备4台挂篮，两台在P3和P5上组装，另两台在P4上组装。每台挂篮含上部结构、底部结构、外部结构、内部结构四个明确部件。采用上悬挑结构，主要考量价格和对不同高度的适应性。这些挂篮可支撑施加410Tm力矩、最大长度6.5m的节段，属同类结构中较大类型。此外，还有翼式吊运机辅助施工。
斜拉索系统
桥梁四跨（长度分别为95m、230m、230m、95m）由单索面斜拉索支撑，缆索系统沿箱体中轴线所在单一垂直面设计。斜拉索锚具尺寸统一，无论斜拉索尺寸如何变化，外护套尺寸也保持一致。4号墩中跨每根斜拉索最大股数125股，3号墩和5号墩边跨为109股。施工团队经多方考察，选用米兰Tensa公司的127TSR15斜拉索系统，该系统能满足大尺寸斜拉索要求，且供应商承诺进行全规模斜拉索系统测试。
斜拉索由多达125根平行单股钢绞线组成，包裹在高密度聚乙烯（HDPE）保护管内。钢绞线由7根1860MPa钢丝绞合而成，直径15.7mm，每根钢绞线涂有黑色HDPE护套，钢丝间缝隙填充石油蜡保护填料，钢绞线以约3000kg的成盘形式运至现场。
外层HDPE管选用浅色，使结构更隐蔽，采用双挤法制作，即在黑色HDPE管上挤出一层薄薄的浅色抗紫外线HDPE材料。管道以12m长的规格运到现场，按所需长度熔接。
桥梁设计要求在塔上使用定制鞍座，使不同几何形状的斜拉索从主梁通过塔并回到主梁锚点，同时将荷载从斜拉索垂直传递到塔。鞍座由一系列钢管组成，形成单一连续鞍座，嵌入塔的混凝土中，斜拉索穿过鞍座和桥面，通过钢筋混凝土桥面下的锚头锚固。安装时，拆除穿过鞍座的钢绞线上的HDPE护套，钢绞线与管道内部的摩擦力确保每根钢绞线固定在鞍座内，保证对塔两侧斜拉索施加正确张力，使垂直载荷通过鞍座有效传递到塔中。
斜拉索系统还包含防破坏管、蜡箱系统、阻尼器和偏移器。偏移器设置在斜拉索进入鞍座和锚固处，控制斜拉索管内线束进入鞍座和锚固处的偏离角度。阻尼器用于抑制斜拉索振动，防止不必要振动产生，在斜拉索进入转向器和锚具前，位于桥面上方钢模板管内，安装阻尼器时，斜拉索索股穿过阻尼器。
图7 典型鞍座布置
图8 典型的可调节锚固组件
整个系统依据FIB Bulletin 30设计和测试，在芝加哥和米兰的实验室进行了针对该项目的全尺寸疲劳和拉伸试验。鞍座试验的关键是确定摩擦系数，因系统依赖摩擦承受不平衡负载（桥塔一侧加载）。此外，系统所有组件均需进行生产测试，确保缆索系统整体符合标准要求。
高强度混凝土 平衡性能需求
主梁设计需使用不同抗压强度的混凝土混合料，引桥大部分采用C50/60混凝土，主桥主要使用C60/70和C80/95混凝土。这些抗压强度要求给混凝土混合料设计和规格带来特殊挑战。项目早期，NRJV与混凝土供应商合作研发混合料，设计时需综合考虑多方面因素：抗压强度性能；尽早提升早期强度，尤其关注移动挂篮系统所需最低强度；混凝土工作性，以确保达到所需压实度和表面光洁度；混凝土可泵送性，需将混凝土泵送到115m高的桥墩及河道跨度处，输送距离远；外观美学，特别是颜色一致性。
建筑和航空照明 兼顾功能与美观
罗丝·菲茨杰拉德·肯尼迪大桥的建筑和航空照明是其突出特点之一。建筑照明主要目标包括：在夜间为结构打造标志性外观；照亮斜拉索、铁塔和护栏边梁。
项目聘请专业建筑照明顾问，考量多种方案，设计时需综合权衡多方面因素：确定观赏桥梁的人群及观赏角度；制定照明方案，在夜间凸显桥梁结构，同时与农村环境相协调；确保道路使用者面临的眩光水平在安全范围内；避免不必要的光溢出；控制电力消耗；采取防破坏措施；保证照明设备的耐用性和便于维护。
团队制作三维渲染模型，模拟建议照明方案的效果，确保最终设计能实现主要目标并满足上述设计因素要求。最终确定设计前，还进行了现场试验，验证渲染模型并为建议方案获取充分认证。
最终设计具体如下：在主梁每根斜拉索上安装一对炮灯，每盏灯照明强度约70000cd，这些灯不仅满足斜拉索照明需求，其方位和角度与斜拉索对准，还能进一步照亮远处的塔；在桥梁全长的两个护墙上安装连续条形灯，照明强度约4cd/m2，条形照明装置安装在定制铝型材中，型材与混凝土女儿墙稍作偏移，条形照明向下照射，形成间接光源；3个塔顶部的航空照明也是夜间主要景观。
图9 建筑与航空照明
运行和维护阶段
该项目采用PPP合同模式，特许期25年，运营和维护合同从施工阶段结束持续至2045年。因此，全寿命成本计算是设计和施工阶段的重点工作。
预制板之间20mm的接缝间距为翼板提供了所需通风条件。为省去中央箱室机械通风的需求，设计中专门设置了通风孔。桥台廊道的进出口设计也是早期阶段的重点工作，未来几年，所有常规检查、维修甚至斜拉索更换所需的施工通道，都将通过桥台廊道实现。
为验证设计假设，团队进行了现场试验，用木框架模拟走廊通道，随后开展出入检查，包括由紧急服务部门模拟紧急疏散场景。还进行了类似现场试验，评估检查和潜在更换支座的通道安排。
横跨巴罗河的罗斯·菲茨杰拉德·肯尼迪大桥是该类型桥梁设计和施工的一个里程碑。作为一个全混凝土桥面的世界纪录打破者，它的设计和施工对设计和施工团队来说是一个重大的挑战。这不仅是由于它的尺寸，也是由于它的细长特点，以及环境影响报告中的几何限制。
事实上，该结构呈现出一个非常细长的桥面，这影响了主梁和缆索系统之间的荷载分布，从而导致与其他部分斜拉桥相比，更接近于斜拉桥的行为。
图10 N25跨越巴罗河
从美学的角度来看，这座桥也是独一无二的，由于中央塔和边塔之间的高度差异，这也造成了相对于中跨的斜拉索布置的不对称性。
由于上述桥面细长，跨中梁高3.5m，最大悬臂140m，斜拉索角度极浅（与桥面呈10°），施工过程中的几何挠度控制尤为复杂，加上项目中使用的高强度混凝土拌合物的早龄特性，增加了难度。
本文刊载 / 《桥梁》杂志
2025年 第5期总第127期
作者 / 王天琦 王昌将
作者单位 / 浙江数智交院科技股份有限公司
编辑 / 陈晨
