1桥梁概况

红水河特大桥位于银川至龙邦国家高速公路贵州境内惠水至罗甸段第2设计合同段K112+600一K113+ 700处，为跨越红水河而设，设计速度为80km/h，桥梁设计荷载为公路一工级，桥面宽度为24. 5m，桥梁与路基同宽。双向四车道。桥位处为“U”形峡谷，河面宽度约420 m，两岸地形坡度较陡，在37。一41。之间，覆盖薄基岩局部裸露。桥区附近海拔258. 0-'603. 0 m，相对高差345. 0 m，桥轴线通过段地面高程在258.0-465. 0 m之间，相对高差207. 0 m o

2方案确定

桥型方案的选择应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。

红水河位于龙滩水库库区上游，桥位下游建有龙滩电站，一期正常蓄水位高程为375 m，此时桥位水域宽度为452 m，测时水位高程为366. 55 m，接近于一期正常蓄水位，如图1所示。因此，桥梁孔跨布置时，为保证主墩不设置在水域范围内，减小施工风险，在考虑到纵横坡的影响及桥梁下部结构尺寸后，桥梁主跨不应小于480 m o

对于主跨大于480 m的桥梁，可选用的结构形式有悬索桥、斜拉桥和拱桥。由于该桥位横坡较陡，小桩号K112+945以后为一沟谷，不宜设置拱座，若采用拱桥则跨径需加大到655 m左右，该跨度已不再适合做拱桥结构。因此根据该桥位的地质、地形和水文条件，可布置斜拉桥和悬索桥两个方案。

根据桥位建桥条件，提出如图2所示两种方案。两种方案的综合比较见表1。由表1可见:斜拉桥方案更具优势，设计采用了斜拉桥方案。

3结构分析

根据桥位处的地质、地形、水位勘察及风险评估专家意见，将前述斜拉桥初步方案贵州岸178 m混凝土主梁调整为213 m叠合梁形式，最终该桥按(213508+185) m双塔双索面混合式叠合梁斜拉桥方案进行施工图设计。

3. 1全桥整体分析

全桥整体分析采用空间有限元分析软件MIC}1S}CIV11，建模时，主塔、钢纵横梁、混凝土纵梁全部采用空间梁单元，桥面板采用空间板单元，斜拉索采用杆单元，边界条件按实际施加。全桥共计17 634个节点，27 210个单元。计算模型如图3所示。

图4为最不利活载作用下桥梁竖向挠度云图，可见桥梁在活载作用下，竖向挠度最大为359. 7 mm，小于规范限制。

3. 2关键部位精细化局部分析

 (1)索、梁、塔之间锚固区的精细化局部分析

对于斜拉桥来说，梁、塔、索三者间力的传递是通过斜拉索与梁、塔锚固区来实现的，锚固区的安全性和可靠性对桥梁至关重要。锚固区通常结构构造和受力状况都较复杂，全桥整体分析通常难以真实地反映此处受力状况，必须在整体分析的基础上，作更为精细化的局部空间仿真分析。考虑到每个斜拉桥的锚固区在设计和构造细节上都存在差异，传力大小也各不相同。因此，对于红水河混合梁特大斜拉桥斜拉索与梁、塔锚固区的受力状态做专门的分析研究，确保锚固区安全、可靠。

图5-7分别为斜拉索与中跨叠合梁锚固区、斜拉索与边跨混凝土梁锚固区和斜拉索与主塔锚固区的精细化局部仿真分析结果。由图5}7可见:各锚固区总体应力都不大，绝大部分区域应力都在材料容许应力范围内，局部小区域如倒角处有应力集中现象，设计时在加大截面尺寸后可降低其应力水平。

 (2)钢一混凝土结合段的精细化局部分析

红水河混合梁斜拉桥由于中跨和边跨分别采用了钢一混凝土叠合梁和混凝土梁两种结构形式，主梁刚度在钢一混凝土结合段容易发生突变，进而在受力上形成结构体系的弱点，危及桥梁安全。加上此处结构构造和受力状况都较复杂，通常采用空间有限元精细化局部分析研究此处受力状态。

图8为钢一混凝土结合段局部分析有限元模型，图9为此处钢结构等效应力云图。可见:钢一混凝土结合段钢构件应力较小，等效应力均在179. 0 MPa以下，强度满足要求。

3. 3抗风稳定性分析

(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藕合颤振稳定性数值计算，其计算分别选取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藕合颤振稳定性分析结果汇总于表2.

从表2可以看到:红水河大桥成桥和施工最大单悬臂状态下主梁的颤振临界风速均大于颤振检验风速，该桥颤振稳定性满足要求。

(2)涡振稳定性分析

将主桥结构简化为单自由度的弹簧振动系统，选取1阶竖弯基频分析竖向振动，选取1阶扭转基频分析扭转振动；利用数值模拟获得的各工况下的气动力系数时程曲线，直接作用于该弹性结构，可获得不同风速下的结构响应，从而可近似评估该桥的风振响应。当气流流经断面产生的旋涡脱落频率与桥面断面的结构频率较一致时，就有可能激起断面较明显的涡激共振响应，因此可通过风振响应结果判断该桥是否会发生较大的涡激振动现象。

成桥状态计算得到的竖向振动和扭转振动振幅曲线如图10所示。最大单悬臂状态计算得到的竖向振动和扭转振动振幅曲线如图11所示。采用弹簧振子模型对成桥状态主梁的涡激共振进行了分析，成桥状态0^o风攻角下，没有出现涡振，满足规范要求。最大单悬臂状态0^o风攻角下，没有出现涡振，满足规范要求。考虑到桥位附近为紊流风场，对涡振有一定的抑制作用，因此该桥出现涡振的可能性很小。

3. 4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《红水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。主塔主要受力控制截面和E1}E2作用下各截面内力最大值如表3、图12所示。

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

作为贵州山区建设的第一座混合梁斜拉桥，红水河桥以其结构不对称特点而与众不同，设计方案在技术上和经济上都切实可行。红水河特大桥的设计充分结合贵州山高、坡陡、多峡谷及运输条件等综合因素，因地适宜地选择桥梁结构形式和施工方法，可为其他类似条件下的桥梁方案设计提供参考。