六广河特大桥方案设计与计算

刘建军,周 潇,王学敏

(1.贵州省交通规划勘察设计研究院股份有限公司, 贵州 贵阳 550081；2. 贵州大学土木建筑学院，贵州 贵阳 550025)



六广河特大桥方案设计与计算

刘建军1,周 潇1,王学敏2

(1.贵州省交通规划勘察设计研究院股份有限公司, 贵州 贵阳 550081；2. 贵州大学土木建筑学院，贵州 贵阳 550025)

六广河特大桥是目前贵州省内跨径最大的叠合梁斜拉桥，是息烽至黔西高速公路上的控制性工程，桥区地质地形复杂，施工场地狭小，运输条件差，结合现场条件，研究了3种不同的主梁方案，综合考虑最终采用242+580+242 m的全叠合梁的方案。对其方案研究、抗风性能及其结构计算作简要介绍，以期为后续类似桥梁的建设提供参考。

斜拉桥；叠合梁；设计；计算

六广河特大桥位于贵州省江口至都格高速公路息烽至黔西段K39+300处，为跨越六广河峡谷而设。设计时速为80 km/h，桥梁设计荷载为公路-Ⅰ级，双向4车道。桥位处为“V”型峡谷，峡谷深且宽，桥面至河面高度达330 m，峡谷两侧均为陡峭的山体，谷顶两岸为相对较缓的山坡。

1 桥型方案设计思路

1.1 桥型方案考虑因素

(1)六广河特大桥横跨六广河，不受水位控制，其孔径布置受两岸地形和地质控制。在选择合理的孔跨布置时，首要考虑的是结构安全经济，应将主墩位放置于岸坡稳定、地形较坦、施工安全方便，减小施工风险，是本桥桥型方案设计考虑的重点。

(2)桥位区地形陡峭，桥位纵断面呈V形，两岸不良地质发育。孔跨布置应尽量使两岸主墩位置避开不良地质和陡峭地形，确保结构安全，减少基础处理费用，并便于施工。

(3)桥型方案选择在考虑安全经济的同时，尽量在结构造型上选择施工方便、造型美观、对环境破坏小的方案。

1.2 主跨跨径的确定

拟建桥位岸坡整体稳定，桥位地形较复杂，桥梁跨越一V型河谷，两岸纵坡较陡，地形起伏较大，局部存在裂隙、顺层陡崖的情况。为保证主塔的安全性，主塔设置位置避开不良地质段，切留有一定的安全距离。桥梁孔跨布置时，为保证结构安全，减小施工风险，考虑到纵横坡的影响及桥梁下部结构尺寸，桥梁主跨不应小于580 m。

2 桥型方案

对于主跨580 m的大跨径桥梁，采用叠合梁斜拉桥相对钢桁梁悬索桥造价低，基础施工对环境的破坏小，因此最终研究推荐方案的主跨580 m叠合梁斜拉桥方案。根据桥位处的地质地形条件，方案阶段研究了3种不同主梁截面的方案。三个方案主跨580 m均采用叠合梁主梁，不同的是在边跨上主梁有所不同。

方案一边跨部分采用混凝土π型梁(距离梁端90.1 m范围)，部分采用叠合梁(距主塔105.4 m范围)。桥跨布置为6×40 mT梁+(83.5+113+580+113+83.5)m混合式叠合梁斜拉桥，桥梁全长1 227.4 m。主桥边跨/中跨=0.339。主梁叠合梁部分采用桥面吊机吊装施工，边跨混凝土主梁采用支架现浇施工。

方案二边跨全部采用混凝土π型梁，桥跨布置上和方案一相同，布置为6×40 mT梁+(83.5+113+580+113+83.5)m混合式叠合梁斜拉桥，桥梁全长1 227.4 m。

方案三边跨全部采用叠合梁主梁，由于上部均采用叠合梁，根据边跨配重的需要，边跨/主跨一般都在0.4以上，(国内松花江大桥为0.536，观音岩大桥为0.44，青州闽江大桥为0.428，红水河大桥为0.42)，按目前最小的0.42的边中跨比，最终边跨确定为242 m。桥跨布置为5×40 mT梁+242+580+242 m叠合梁斜拉桥，桥梁全长1 280.4 m。

方案一和方案二的优点是：混合式叠合梁斜拉桥能较好的满足地形，黔西岸不需要开挖进山体架设主梁，不与黔西岸服务区发生干扰。可根据调整截面的尺寸即可满足中跨配重的需要。黔西岸现浇段主梁支架最高40 m左右，临时措施费较低。本方案主梁工程造价估算略低。缺点是：息烽岸现浇段支架高度高，高支架的施工风险很大。另外，由于息烽岸现浇支架高，临时措施费高，施工临时措施成本控制难度较大。

方案三的优点是：上部主梁全部采用桥面吊机吊装施工，施工经验成熟，施工风险相对顶推、支架现浇主梁的施工风险小。缺点是：黔西岸边跨地形陡峭，若采用242 m的边跨则主梁伸进挖方路段50 m左右，与地形不太协调。

综上分析，在工程造价出入不大的情况下，方案三的全叠合梁方案施工安全，工程临时措施费可控，因此施工图阶段采用主跨580m全叠合梁斜拉桥方案作为本桥设计方案。

3 结构分析

3.1 全桥静力计算

主桥采用桥梁博士计算软件，以平面杆系计算图示进行静力分析。模型共有617个单元，528个节点，其中钢梁和主塔均采用梁单元模拟，斜拉索采用索单元模拟，程序自动计入斜拉索垂度效应产生的非线性影响。施工阶段：划分198个阶段模拟。 边界条件：施工阶段：塔墩墩底固结、塔梁临时固结；成桥阶段：塔墩墩底固结，塔梁、边墩和辅助墩竖向约束。

由于本桥边跨较小，根据梁单元计算模型，结果表明在过渡墩顶支点处钢主梁下缘压最大，达到207 MPa，其它部位应力水平均较小。为了降低钢主梁在此支点处的局部应力，在支座上钢板与钢梁下缘之间设置了50 mm厚的钢板垫层，以扩散支座集中力。

3.2 抗风稳定性分析

六广河大桥跨越峡谷，桥面距水面高度达330 m，峡谷风对桥梁的影响较大，有必要开展抗风性能的各项研究。本项工作在同济大学风洞实验室完成。

(1)颤振稳定性分析

利用已计算出的结构动力特性及各个风攻角下的气动导数进行颤振三维耦合颤振稳定性数值计算，其计算分别选取的对主梁颤振影响较大的竖弯和扭转振型。通过颤振分析可以得到各个不同风攻角下的主梁各阶模态频率与阻尼随风速变化曲线。

通过计算分析将三维耦合颤振稳定性分析结果，成桥颤振临界风速-3°时为92.3 m/s，0°时为71.0 m/s，+3°时为60.4 m/s，均小于成桥颤振检验风速55.3 m/s。施工颤振临界风速-3°时为90.0 m/s，0°时为67.5 m/s，+3°时为63.8 m/s，均小于成桥颤振检验风速53.5 m/s。该桥颤振稳定性满足要求。

(2)涡振稳定性检验

针对本桥的主梁标准断面进行了节段模型测振风动试验，利用加劲梁节段模型模拟成桥状态、施工状态断面形式。节段模型涡振风洞试验包括-3度、0度和+3度风攻角，涡振试验工况主要都在均匀流场中进行，针对设计断面还展开了紊流场下的涡激振动测试，试验测试内容为涡激共振风速及其响应。

成桥状态的均匀流场风洞试验中观测到了明显的涡振。其中风攻角-3°，涡振出现风速区11～14 m/s，最大振幅0.075 m；风攻角0°，涡振出现风速区12～15 m/s，最大振幅0.089 m；风攻角+3°，涡振出现风速区18～26 m/s，最大振幅0.06 m，均满足规范要求。扭转涡振只有在风攻角-3°，风速区12～25 m/s时出现最大扭转0.075°，0°和+3°风攻角下未发现明显涡振。

成桥状态的紊流场风洞试验中未观测到了明显的涡振，说明实际情况下结构发生涡振的可能性很小。

3.3 抗震分析

地震响应分析采用动态时程分析法，所采用的地震动参数根据《六广河特大桥工程场地地震安全性评价》所提供的地震动参数，分别计算了E1(对应50年超越概率10%)、E2(对应50年超越概率2%)作用下结构的受力状态。地震输入采用两种方式：(1)纵向+竖向；(2)横向+竖向。竖向加速度的时程曲线与水平加速度的一致，加速度峰值为水平加速度峰值的0.65倍。经验算地震力+恒载作用下主塔主要控制截面结构承载能力满足要求。

4 结 语

山区大跨径斜拉桥的设计受地质、地形、运输条件的约束往往很大，因此结构设计时需认真调研、分析桥位及附近区域内的各种控制因素，确保方案安全、可行，因地适宜的选择桥梁结构形式和施工方法，本桥的设计希望为其他类似条件下的桥梁方案提供参考。

[1] 王伯惠. 斜拉桥结构发展和中国经验[M]. 北京：人民交通出版社，2003.

[2] 曹忠强. 怀邵衡铁路跨资江独塔混合梁斜拉桥方案设计研究[J].交通科技，2014,(3).

[3] 杨健,刘建军,王达磊. 山区双塔斜拉桥抗风性能研究[J].交通科技，2013,(5).

[4] 林元培. 斜拉桥[M]. 北京：人民交通出版社，1997.

2016-04-12

刘建军(1978-)，男，高级工程师，主要从事大跨径桥梁设计。

贵州省交通运输厅科技项目，项目编号：2013-122-000。

U442

C

1008-3383(2016)08-0113-02