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「四川交通」雅康高速瀘定大渡河大橋：設(shè)計(jì)先行，風(fēng)吹不擾

四川省交通宣傳中心提供

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設(shè)計(jì)且聽風(fēng)吟

百年橋立風(fēng)中

10月《中國交通報(bào)》以《設(shè)計(jì)且聽風(fēng)吟百年橋立風(fēng)中》為題，風(fēng)吹不擾聚焦四川省公路規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司（簡稱省公路設(shè)計(jì)院公司）打造的川交雅康高速瀘定大渡河大橋等大跨徑橋梁抗風(fēng)設(shè)計(jì)，深度報(bào)道了氣動(dòng)、通雅橋梁防撞設(shè)施指什么結(jié)構(gòu)、康高機(jī)械等方面的速瀘設(shè)計(jì)抗風(fēng)技術(shù)創(chuàng)新。

近年來，定大渡河大橋交通運(yùn)輸部持續(xù)推動(dòng)公路橋梁養(yǎng)護(hù)高質(zhì)量發(fā)展，先行不斷強(qiáng)化公路橋梁養(yǎng)護(hù)“基層、風(fēng)吹不擾基礎(chǔ)、川交基本功”建設(shè)及公路橋梁全生命周期建設(shè)，通雅打造“平安百年品質(zhì)工程”?？蹈?br>
設(shè)計(jì)是速瀘設(shè)計(jì)橋梁防撞設(shè)施指什么公路橋梁全生命周期建設(shè)中的先手棋，有著至關(guān)重要的定大渡河大橋作用。山區(qū)、先行跨海大跨徑橋梁建設(shè)面對(duì)復(fù)雜的風(fēng)吹不擾風(fēng)場環(huán)境，橋梁抗風(fēng)設(shè)計(jì)難度也在不斷提升。



▲雅康高速公路瀘定大渡河大橋

設(shè)計(jì)先行風(fēng)吹不擾

在西部山區(qū)，一座鋼桁梁懸索橋橫跨大渡河，在峽谷紊亂的風(fēng)場中穩(wěn)穩(wěn)屹立，這座橋就是被稱為“川藏第一橋”的雅（安）康（定）高速公路瀘定大渡河大橋。

該橋主跨1100米、索塔高188米，索塔頂至水面高差達(dá)364米。橋址氣象多變、風(fēng)場紊亂，瞬時(shí)風(fēng)速能達(dá)到每秒32.6米，相當(dāng)于12級(jí)臺(tái)風(fēng)風(fēng)速。

今年已經(jīng)是該橋通車運(yùn)營的第三年，該橋設(shè)計(jì)單位省公路設(shè)計(jì)院公司通過技術(shù)創(chuàng)新和扎實(shí)試驗(yàn)為大橋結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定打牢堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

▲雅康高速公路瀘定大渡河大橋設(shè)計(jì)中采用氣動(dòng)優(yōu)化。

形成氣動(dòng)干擾避免渦振發(fā)生

洶涌的大渡河劈開橫斷山一脈，在二郎山與貢嘎山之間的崇山峻嶺中奔流不息，也在四川省雅安市天全縣與甘孜藏族自治州瀘定縣之間形成絕壁大峽谷。

與海面上的風(fēng)不同，大渡河峽谷受復(fù)雜地形地貌影響，橋址的風(fēng)來流主要是兩岸雪山和谷底之間的溫差形成的山風(fēng)，大部分是從上往下流動(dòng)，從而使得橋位處的風(fēng)攻角以負(fù)攻角居多，風(fēng)來流與橋梁橫斷面所夾角度大，易出現(xiàn)大風(fēng)攻角。

除了大風(fēng)攻角，瀘定大渡河大橋橋址的風(fēng)場環(huán)境還具有大風(fēng)向角、非均勻、非平穩(wěn)特性，橋梁抗風(fēng)難度極大。2012年，省公路設(shè)計(jì)院公司啟動(dòng)了相關(guān)課題研究，利用現(xiàn)場實(shí)測、風(fēng)洞試驗(yàn)、數(shù)值模擬三大手段。

風(fēng)洞試驗(yàn)

在地形模型風(fēng)洞試驗(yàn)中，該公司比照橋址周圍18平方公里的區(qū)域做成1：2000的縮尺地形模型，以評(píng)判橋址風(fēng)場環(huán)境和風(fēng)速標(biāo)準(zhǔn)。

在橋梁節(jié)段風(fēng)洞試驗(yàn)中，技術(shù)人員將試驗(yàn)風(fēng)攻角從通常的正負(fù)3度擴(kuò)大到正負(fù)7度，以評(píng)判橋梁在大風(fēng)攻角條件下的抗風(fēng)性能。

由于鋼桁架的桿件縱橫交錯(cuò)，相互之間氣動(dòng)干擾強(qiáng)烈且復(fù)雜。風(fēng)來流經(jīng)過鋼桁架后，難以形成統(tǒng)一的漩渦脫落頻率，瀘定大渡河大橋在試驗(yàn)風(fēng)速范圍內(nèi)沒有發(fā)生渦振現(xiàn)象，也就是說實(shí)際運(yùn)營過程中橋梁發(fā)生渦振的可能性較低。

▲雅康高速公路瀘定大渡河大橋橋面板中央上、下側(cè)設(shè)置穩(wěn)定板

▲鉸接式耗能型中央扣

三大措施提升抗風(fēng)穩(wěn)定性

面對(duì)“百年工程”的建設(shè)目標(biāo)，設(shè)計(jì)人員為防止橋梁顫振測試了幾十種措施，最后組合應(yīng)用氣動(dòng)措施、結(jié)構(gòu)措施和機(jī)械措施，以及防風(fēng)預(yù)警，保障結(jié)構(gòu)抗風(fēng)穩(wěn)定性和車輛行駛的安全舒適。

氣動(dòng)措施

瀘定大渡河大橋氣動(dòng)優(yōu)化過程中采用了部分封閉中央開槽，并在橋面板中央上、下側(cè)設(shè)置穩(wěn)定板。同時(shí)，設(shè)計(jì)人員還在側(cè)向風(fēng)較大的區(qū)域防撞護(hù)欄上方設(shè)置了防風(fēng)屏障，兼顧了橋上行車的安全性和舒適性。

結(jié)構(gòu)措施

不同于一般的懸索橋，該橋首次采用了鉸接式耗能型中央扣，限制主梁和主纜縱向錯(cuò)位，提高結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)剛度，從而提高橋梁抗顫振性能，達(dá)到抗風(fēng)目的。不僅如此，防屈曲支撐的中央扣還能在強(qiáng)烈地震中首先“屈服”，桿件退出工作，減少反作用力，保護(hù)主梁不被地震破壞。

機(jī)械措施

在橋梁上安裝輔助裝置增大結(jié)構(gòu)阻尼，或在結(jié)構(gòu)上附加一定質(zhì)量的重物來提高結(jié)構(gòu)的氣動(dòng)穩(wěn)定性，從而降低風(fēng)振響應(yīng)。瀘定大渡河大橋在主梁兩端各安置了兩個(gè)粘滯阻尼器，當(dāng)油通過節(jié)流孔時(shí)產(chǎn)生節(jié)流阻力，等于給橋梁裝上了“安全氣囊”。

通過綜合抗風(fēng)措施，省公路設(shè)計(jì)院公司提升了瀘定大渡河大橋的抗風(fēng)穩(wěn)定性。數(shù)據(jù)顯示，常規(guī)風(fēng)攻角作用下大于每秒90米的風(fēng)速才可能引起該橋的顫振。目前看來，橋址風(fēng)速達(dá)不到其顫振臨界值。

瀘定大渡河大橋抗風(fēng)成果已總結(jié)在省公路設(shè)計(jì)院公司參研的科研項(xiàng)目“西部大跨度山區(qū)橋梁風(fēng)場特性、抗風(fēng)關(guān)鍵技術(shù)及工程應(yīng)用”中，該科研項(xiàng)目獲得2020年度四川省科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)。

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