雅康高速泸定大渡河大桥：设计先行，风吹不扰
设计且听风吟
百年桥立风中
10月18日，《中国交通报》以《设计且听风吟 百年桥立风中》为题，聚焦四川省公路规划勘察设计研究院有限公司（简称省公路设计院公司）打造的雅康高速泸定大渡河大桥等大跨径桥梁抗风设计，深度报道了气动、结构、机械等方面的抗风技术创新。
近年来，交通运输部持续推动公路桥梁养护高质量发展，不断强化公路桥梁养护“基层、基础、基本功”建设及公路桥梁全生命周期建设，打造“平安百年品质工程”。
设计是公路桥梁全生命周期建设中的先手棋，有着至关重要的作用。山区、跨海大跨径桥梁建设面对复杂的风场环境，桥梁抗风设计难度也在不断提升。
本期策划聚焦大跨径桥梁抗风设计，关注峡谷风频发的四川、云南，从气动设计、结构设计、材料装备、科学试验等多个角度，报道大跨径桥梁工程如何科学抗风，保障桥梁结构耐久安全。
设计先行 风吹不扰
在西部山区，一座钢桁梁悬索桥横跨大渡河，在峡谷紊乱的风场中稳稳屹立，这座桥就是被称为“川藏第一桥”的雅（安）康（定）高速公路泸定大渡河大桥。
该桥主跨1100米、索塔高188米，索塔顶至水面高差达364米。桥址气象多变、风场紊乱，瞬时风速能达到每秒32.6米，相当于12级台风风速。
今年已经是该桥通车运营的第三年，该桥设计单位省公路设计院公司通过技术创新和扎实试验为大桥结构安全稳定打牢坚实基础。
▲雅康高速公路泸定大渡河大桥设计中采用气动优化。
形成气动干扰 避免涡振发生
汹涌的大渡河劈开横断山一脉，在二郎山与贡嘎山之间的崇山峻岭中奔流不息，也在四川省雅安市天全县与甘孜藏族自治州泸定县之间形成绝壁大峡谷。
与海面上的风不同，大渡河峡谷受复杂地形地貌影响，桥址的风来流主要是两岸雪山和谷底之间的温差形成的山风，大部分是从上往下流动，从而使得桥位处的风攻角以负攻角居多，风来流与桥梁横断面所夹角度大，易出现大风攻角。
除了大风攻角，泸定大渡河大桥桥址的风场环境还具有大风向角、非均匀、非平稳特性，桥梁抗风难度极大。2012年，省公路设计院公司启动了相关课题研究，利用现场实测、风洞试验、数值模拟三大手段。
风洞试验
在地形模型风洞试验中，该公司比照桥址周围18平方公里的区域做成1：2000的缩尺地形模型，以评判桥址风场环境和风速标准。
在桥梁节段风洞试验中，技术人员将试验风攻角从通常的正负3度扩大到正负7度，以评判桥梁在大风攻角条件下的抗风性能。
由于钢桁架的杆件纵横交错，相互之间气动干扰强烈且复杂。风来流经过钢桁架后，难以形成统一的漩涡脱落频率，泸定大渡河大桥在试验风速范围内没有发生涡振现象，也就是说实际运营过程中桥梁发生涡振的可能性较低。
▲铰接式耗能型中央扣
三大措施 提升抗风稳定性
面对“百年工程”的建设目标，设计人员为防止桥梁颤振测试了几十种措施，最后组合应用气动措施、结构措施和机械措施，以及防风预警，保障结构抗风稳定性和车辆行驶的安全舒适。
气动措施
泸定大渡河大桥气动优化过程中采用了部分封闭中央开槽，并在桥面板中央上、下侧设置稳定板。同时，设计人员还在侧向风较大的区域防撞护栏上方设置了防风屏障，兼顾了桥上行车的安全性和舒适性。
结构措施
不同于一般的悬索桥，该桥首次采用了铰接式耗能型中央扣，限制主梁和主缆纵向错位，提高结构的扭转刚度，从而提高桥梁抗颤振性能，达到抗风目的。不仅如此，防屈曲支撑的中央扣还能在强烈地震中首先“屈服”，杆件退出工作，减少反作用力，保护主梁不被地震破坏。
机械措施
在桥梁上安装辅助装置增大结构阻尼，或在结构上附加一定质量的重物来提高结构的气动稳定性，从而降低风振响应。泸定大渡河大桥在主梁两端各安置了两个粘滞阻尼器，当油通过节流孔时产生节流阻力，等于给桥梁装上了“安全气囊”。
通过综合抗风措施，省公路设计院公司提升了泸定大渡河大桥的抗风稳定性。数据显示，常规风攻角作用下大于每秒90米的风速才可能引起该桥的颤振。目前看来，桥址风速达不到其颤振临界值。
泸定大渡河大桥抗风成果已总结在省公路设计院公司参研的科研项目“西部大跨度山区桥梁风场特性、抗风关键技术及工程应用”中，该科研项目获得2020年度四川省科技进步一等奖。
来源：中国交通报、微信公众号“四川公路院”
由四川省交通运输厅整理编辑
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