摘" 要：以2020年貴州省榕江縣“7·10”便民吊橋水毀為工程背景，對山區(qū)人行鋼索吊橋水毀機理進行研究?；诒┯旰樗ㄍ魄罅耸転暮佣危ㄆ接篮樱┰O計洪水量，通過現(xiàn)場勘測，復核了此次洪峰流量；采用有限元軟件建立了吊橋幾何非線性計算模型，對洪水作用下橋梁受力進行分析，并結(jié)合橋梁水毀實況視頻，研究了該橋水毀機理。結(jié)果表明：本次暴雨洪水重現(xiàn)期超1 000年一遇，匯流條件屬于部分匯流類型；當洪水漫過橋面，洪水水平力、上托力及扭矩會使橋梁產(chǎn)生較大響應，最大洪峰流速5 m/s時，索力相比成橋索力可增加8倍，橋塔應力相比成橋應力可增加約9倍，橋塔傾覆前橋面位移可達2.3 m；橋梁上游側(cè)地索繃斷的臨界水流速度為3.92 m/s，南側(cè)索塔（靠銀榕公路側(cè)）在最大洪峰流速時，抗滑動和抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)均小于1；洪水流量過大、橋塔基礎(chǔ)埋深淺和缺乏有效的側(cè)向抗風索是造成吊橋破壞的重要原因。為減少水毀事故發(fā)生，應保證此類吊橋基礎(chǔ)穩(wěn)定和具有足夠的凈空，并設置必要的抗風索。

關(guān)鍵詞：鋼索橋；洪水作用；有限元分析；破壞機理

中圖分類號：TU312.3

文獻標志碼：A

文章編號" 1000-5269（2025）01-0069-10

DOI：10.15958/j.cnki.gdxbzrb.2025.01.10

收稿日期：2024-04-08

基金項目：貴州省科技計劃基礎(chǔ)研究資助項目（黔科合基礎(chǔ)1Y248）；貴州理工學院高層次人才啟動基金資助項目（XJGC20190908）

作者簡介：吳安杰（1986—），男，副教授，博士，研究方向：橋梁波流力，E-mail：wuanjie163@163.com.

*通訊作者：吳安杰，E-mail：wuanjie163@163.com.

目前，我國公路、鐵路橋梁共超100萬座，成為世界第一橋梁大國。除了公路、鐵路橋梁外，在西部山區(qū)分布著許多大大小小的人行吊橋，這些吊橋常由幾根鋼索或鐵索懸跨江河而制成，是當?shù)鼐用癯鲂械闹匾ǖ馈Ｓ捎谑艿卣?、極端天氣和復雜地形的影響，大暴雨或潰壩常引發(fā)洪水災害，對橋梁造成極大威脅。據(jù)調(diào)查，1951—1988年，美國因洪水和基礎(chǔ)沖刷引起的橋梁垮塌數(shù)量占失事橋梁總量的比例為36.7%［1］；1989—2000年僅10年間，美國運營橋梁水毀數(shù)量占總垮塌橋梁數(shù)量的比例為52.88%，其中，洪水直接沖垮的比例為32.80%，沖刷掏空基礎(chǔ)的比例為15.51% ［2］，水毀事故比例有明顯上升的趨勢。1986—2008年近20年間，哥倫比亞運營垮塌的橋梁因洪水沖刷引起的事故占35%［3］。我國是一個山洪多發(fā)的國家，約2/3國土面積可能面臨山洪災害威脅，其中，山洪高危險性區(qū)域占比達19.95%，極高危險區(qū)域占比為3.92% ［4］。2007—2015年，我國因水災導致運營橋梁垮塌數(shù)量占總垮塌橋梁數(shù)量的43.1% ［5］。橋梁水毀垮塌一般具有突發(fā)性和整體性，造成的損失往往巨大。例如，2010年7月24日，洛陽市由于暴雨引發(fā)的洪水，導致欒川伊河湯營大橋整體垮塌，造成53人遇難，13人失蹤；2023年5月7日，福建龍巖市新羅區(qū)遭遇特大暴雨襲擊，導致龍巖平林大橋（3跨拱橋）整體坍塌，造成4名干部遇難。

橋梁水毀破壞已引發(fā)國內(nèi)外的廣泛關(guān)注。MALAVASI等［6］通過一系列實驗研究了明渠流中矩形板阻力系數(shù)與弗勞德數(shù)和雍水高度的關(guān)系。KERENYI 等［7］ 采用超精密測力天平，在水槽中測試了3種橋面板在不同的淹沒深度、不同流速條件下的水流力，繪制了受力包絡圖，為橋梁設計提供參考。ARSLAN等［8］采用 CFD 軟件中的大渦模擬（LES）湍流模型，研究了4種不同淹沒率下矩形方柱繞流的三維非定常流動。肖盛燮［9］研究了山洪對公路橋梁的計算模式。楊斌等［10］通過布設壓力傳感器，測試了洪水對板橋和拱橋上部結(jié)構(gòu)表面水壓力的分布情況，分析了橋梁結(jié)構(gòu)的豎向水流受力及最不利情況。王璐等［11］提出了一種洪水沖擊下橋梁抗毀性受力分析方法，并分析了橋梁在各關(guān)鍵部位水平和豎直方向的受力。陳樹禮等［12］以某重載鐵路為背景，開展了洪水沖刷作用下的橋梁動力性能試驗，研究了沖刷深度和列車速度對簡支T梁橋動力響應的影響。李鵬飛等［13］研究了洪水沖擊力對橋梁上部結(jié)構(gòu)的作用機理，并提出了梁式橋上部結(jié)構(gòu)抗洪性能分析方法。楊萬理等［14］依托竹巴龍金沙江大橋，通過仿真模型并考慮裹挾空氣影響因素，研究了簡支T 梁洪水作用力特征和破壞機理。郭輝等［15］ 采用FLOW-3D，研究了汛期時彎道處水流對圓形橋墩的沖擊規(guī)律。劉兵等［16］研究了洪水沖刷對橋墩和樁基地震易損性曲線的影響。

設計洪水流量是橋涵設計的的重要指導參數(shù)，一般根據(jù)橋址處多年實測水文資料進行計算，當缺乏實測資料時，通常根據(jù)暴雨洪水進行推算。華鵬年等［17］對比分析了徑流形成法和暴雨推理法的優(yōu)缺點，提出了小流域公路橋涵設計流量計算方法的思路。王毅等［18］采用參數(shù)靈敏度分析，引入相關(guān)參數(shù)對傳統(tǒng)計算公式進行修正，提出符合秦巴山區(qū)特點的優(yōu)化算法。盧陽等［19］基于二維淺水方程，對洪水演進過程進行了模擬和驗證，分析了貴州正安縣山洪災害成因。袁若浩等［20］基于雙通道殘差網(wǎng)絡對泥石流溝谷孕災風險進行了預測。

目前，基礎(chǔ)沖刷、橋墩和上部結(jié)構(gòu)主梁的洪水沖擊是橋梁水毀研究的熱點內(nèi)容，主要針對中、小跨的梁橋進行開展，而對索橋的研究比較缺乏，對橋梁破壞的機理研究尚不夠深入。

西南山區(qū)貴州平永河分布著數(shù)十座人行吊橋，本文以貴州省榕江縣料里村便民吊橋為工程背景，基于暴雨洪水法推求并復核了洪峰流量，基于有限元方法建立了便民吊橋的計算模型，分析了洪水作用下橋梁受力響應和基礎(chǔ)穩(wěn)定性，結(jié)合橋梁現(xiàn)場水毀紀錄視頻，研究了該橋2020年“7·10”水毀破壞機理，為類似橋梁抗洪防災提供參考依據(jù)。

1" 工程背景

貴州省榕江縣位于黔東南部，地處都柳江中游與平永河、寨蒿河交匯處。2020年7月9日07時至10日07時，榕江縣出現(xiàn)特大暴雨，最大降雨量達366.2 mm（平永鎮(zhèn)平永站），強降雨引發(fā)山洪，多座便民索橋被瞬間沖毀，其中一座被沖毀的便民橋位于古州鎮(zhèn)料里村，橫跨平永河（圖1）。平永河發(fā)源于雷山縣雷公山東南麓，南經(jīng)平由、平永至平江，與怎冷河相匯，再向東南流至縣城北匯入寨蒿河，全長80.5 km，自然落差967 m，平均坡降12 m/km，流域面積1 068 km2（橋梁上游流域面積801 km2），多年平均流量21.66 m3/s。受強降雨影響，境內(nèi)河流水位普遍上漲明顯，都柳江干流石灰廠水文站變幅9.36 m，平永河的平永水文站變幅6.04 m。

料里村便民吊橋地理坐標為：東經(jīng)108°27′12″，北緯25°56′24″，連接歸行和乃九2個寨組，南岸為S308銀榕公路，橋址處于山區(qū)彎曲河段，河床為卵石、圓礫，河岸灌叢中密。該橋修建于2000年，結(jié)構(gòu)形式為雙塔單跨地錨式懸索結(jié)構(gòu)，主跨70 m，矢跨比0.12，吊桿間距2 m，橋?qū)? m，索塔高出橋面10 m，橋面離常水位約7 m，橋梁立面布置圖見圖2。

單位：cm

橋塔材料為C30混凝土，主索采用規(guī)格6×36WS型、公稱抗拉強度1 770 MPa和公稱直徑84 mm的粗直徑鋼絲繩，地索（橋面兩側(cè)底）采用規(guī)格6×19W+IWR型、公稱抗拉強度1 770 MPa和公稱直徑32 mm重要用途鋼絲繩，吊桿采用直徑20 mm（Q235）的鋼筋，橋面材料為厚4 cm的木板。

2" 洪水流量計算方法及結(jié)果

2.1" 洪水流量計算方法

2.1.1" 公路全國水文分區(qū)經(jīng)驗公式

20世紀70年代末（1979年4月），在原交通部公路規(guī)劃設計院主持以及28個省交通廳和3個部屬設計院參與下，根據(jù)全國1 785個水文站34 041站年的觀測資料和2 198站年的歷史洪水調(diào)查資料，制定了《我國公路大中橋流量經(jīng)驗公式匯總報告》。報告將全國劃分為111個分區(qū)（本工程案例為第101分區(qū)），并給出了每個分區(qū)的平均流量，頻率為1%、2%的洪水流量經(jīng)驗公式，以及偏差系數(shù)Cs和變異系數(shù)Cv。分區(qū)公式適用于流域面積小于50 000 km2的情況。

分區(qū)平均流量公式［21］：

Q=CFn1（1）

式中：Q為平均流量值，m3/s；F為流域匯水面積，F(xiàn)=801 km2。根據(jù)分區(qū)名稱查表，系數(shù)C=6.43、n1=0.7，然后求出

Qp=（1+Cv）ΦQ（2）

式中：Qp為設計頻率p的設計流量，m3/s；Cv=0.78，Cs/Cv=3.5；Ф為離均系數(shù)，是設計頻率p和偏差系數(shù)Cs的函數(shù)。

2.1.2" 面積比擬法

當擬計算橋址水文斷面的匯水面積小于等于1 000 km2，與相似水文站的匯水面積進行比較，兩者匯水面積相對誤差小于20%，且匯水區(qū)的暴雨分布較均勻，區(qū)間無分洪、滯洪時，可按下式將水文站的實測最大洪水流量轉(zhuǎn)換為擬計算橋址水文斷面的洪水流量：

Q1=（F1F2）nQ2（3）

式中：Q1、F1分別為擬計算橋址處水文斷面的洪水流量和匯水面積，F(xiàn)1=801 km2；Q2、F2分別為水文參證站的實測最大洪水流量和匯水面積，本文以寨蒿水文站為參證站，F(xiàn)2=858 km2；n為經(jīng)驗指數(shù)，根據(jù)地區(qū)經(jīng)驗取用，一般大中河流n=0.5～0.7，本文n值取為0.6。

2.1.3nbsp; 貴州地方水文手冊

貴州省水利電力廳1983年編制了《貴州省暴雨洪水計算實用手冊》，該實用手冊對于貴州中小流域無實測洪水資料地區(qū)設計洪水的計算發(fā)揮了重要作用。設計洪水推求采用《貴州省暴雨洪水計算實用手冊》中的暴雨洪水計算公式。當300≤Flt;1 000 km2時，計算公式如下：

Qp=0.674γ0.922·f 0.125·J0.082·

F0.723·（CKpH24）1.23（4）

式中：Qp為設計頻率p的洪峰流量，m3/s；γ為地區(qū)匯流參數(shù)的非幾何特征系數(shù)，根據(jù)流域情況取0.053； f為流域形狀系數(shù)，f =F/L2=0.124，L為分水嶺至出口斷面的主河長度，取80.5 km；J為分水嶺至出口斷面的河道平均坡降，‰，取12‰；F為流域匯水面積，km2；C為洪峰徑流系數(shù)，一般取0.74～0.88，取均值0.81；Kp為設計頻率p的P-Ⅲ型曲線的模比系數(shù)；H24為設計最大24 h點雨量均值，取90 mm。

2.2" 洪水流量計算結(jié)果及分析

將上述3種方法計算的不同頻率下設計洪水流量（洪峰流量）計算結(jié)果列于表1中。從結(jié)果對比來看，第一種方法計算結(jié)果最大，第二種方法計算結(jié)果次之，第三種方法計算結(jié)果最小，相比而言，后兩者結(jié)果比較接近。全國水文分區(qū)經(jīng)驗公式取值較粗獷，較難反映地區(qū)局部問題，相比后兩種方法計算結(jié)果偏大，精度較差。面積比擬法采用寨蒿站為參證站（洪水數(shù)據(jù)為實測數(shù)據(jù)），寨蒿河和擬計算橋址所處的平永河在河長、坡降、匯水面積、河床質(zhì)、植被和河流特征等方面類似，因此面積比擬法結(jié)果具有一定的可靠性。地方水文手冊能反映地方水文特點，具有較好的精度，本文以第三種計算方法結(jié)果為準。

現(xiàn)場對“7·10”平永河水毀橋址洪水洪痕和過水斷面進行調(diào)查和測量，斷面測量采用GNSS RTK 法（WG84 坐標系統(tǒng)），橫斷面測量從左向右布置，以高出此次洪峰水位1.0 m 以上的兩側(cè)山坡點為起止測量點，旨在反映溝道斷面形狀的特征點為中間測量點。橋址過水斷面面積A=509 m2，濕周χ=105 m。采用曼寧公式計算本次洪水的洪峰流量。

Q=1nAR23J12（5）

式中：Q為洪峰流量，m3/s；n為河床粗糙系數(shù)，s/m1/3，取0.062 5，即1/n=16；A為橋址過水斷面面積，m2；R為水力半徑，m，R=A/χ=509/105=4.85 m；J為水力坡降，‰，取12‰。

通過式（5）計算得本次洪水流量為2 556.17 m3/s，同時將平永鎮(zhèn)平永站24 h最大降雨量366.2 mm，代入式（4）得洪水流量為3 324.69 m3/s。對比本次受災河段洪峰流量與表1中設計洪峰流量，按《貴州地方水文手冊》，橋址處本次暴雨洪水重現(xiàn)期超1 000年一遇。根據(jù)平永水文站觀測結(jié)果，洪水水位變幅6.04 m，據(jù)當?shù)卮迕穹从炒舜魏樗畬е聵蛑诽幩簧蠞q約7 m，水位已漫過橋面。

通過下式計算產(chǎn)流時間tc和匯流時間τ［20］：

tc=［（1－n）H24·24n－1μ］1n（6）

τ=0.278 LmJ13Qλ（7）

式中：tc為產(chǎn)流時間，h；n為降雨遞減指數(shù)，取0.8；H24為最大24 h雨量，取366.2 mm；μ為損失系數(shù)，mm/h，取8.97；τ為匯流時間，h；L為分水嶺至出口斷面的主河長度，取80.5 km；m為匯流參數(shù)，計算得1.13；λ為洪峰流量經(jīng)驗指數(shù)，取1/4；Q取2 556.17 m3/s。

經(jīng)計算得產(chǎn)流時間tc=6.23 h，匯流時間τ=12.16 h，tc小于τ，因此匯流條件屬部分匯流類型。

3" 有限元模型與洪水作用力

3.1" 有限元模型

全橋共有3 075個節(jié)點和2 310個單元，通過Midas/civil軟件建立全橋有限元分析模型，如圖3所示。主索、吊桿、地索采用只受拉的索單元模擬，橋面板采用梁單元模擬，橋塔采用實體單元模擬。主索在塔頂不滑移，橋塔地面以下部分用“土彈簧”約束，索端錨碇處用固定約束邊界，邊跨部分橋面板用豎向僅受壓彈性約束。

對于懸索結(jié)構(gòu)，尋求成橋平衡狀態(tài)是進行后續(xù)分析的重要前題，首先利用懸索橋建模助手（節(jié)線法計算索平衡狀態(tài)方程式）進行恒載粗略找形，然后完善模型進行結(jié)構(gòu)精細化平衡分析，得出最終的平衡狀態(tài)如圖4所示，位移量很小或基本為0，說明找形結(jié)果良好，可用于后續(xù)荷載分析。洪水作用下的響應分析采用幾何非線性分析方式。

單位：mm

3.2" 洪水作用力計算方法

根據(jù)文獻［9］，洪水作用于橋面沿跨長方向單位長度水平力計算公式為

FD=k1k2k3k4k5k6［2（1.89+1.62 tgBε）－2.5B+2.1（t+2t1）］ρv22（8）

式中：FD為沿跨長方向單位長度水平力，N/m；B為橋面寬度，B=2 m；ε為橋面板當量粗糙度，ε=3×10-4m；t為橋面高，t=0.04 m；t1為護欄高，t1=0 m；ρ為水的密度，ρ=1 000 kg/m3；v為洪水沿跨長單寬平均流速，m/s；k1為考慮泥沙影響的修正系數(shù)，取1.07；k2為考慮河床縱坡影響的修正系數(shù)，取0.86；k3為考慮河槽邊坡影響的修正系數(shù)，取1.0；k4為考慮山洪頻率的修正系數(shù)，取2.37；k5為考慮山洪流向影響的修正系數(shù)，取1.0；k6為考慮洪水為紊流的修正系數(shù)，取1.4。

洪水對橋面的豎向力包括靜水浮力和洪水波動產(chǎn)生的瞬時上托力2個部分。大量實測資料表明，后者可以達到前者的0.6倍，洪水總共產(chǎn)生的上托力［9］為：

Fs=γBt+ζBγΔh（9）

Δh≈ξ12g（qh）2（10）

式中：Fs為洪水產(chǎn)生沿跨徑方向每延米上托力，N/m；γ為洪水的重度，取1.1×104 N/m3；ζ為壓力衰減系數(shù)，取0.5；Δh為壅水高度，m；ξ為洪水流經(jīng)橋梁處的水頭損失系數(shù)，取0.2；g為重力加速度，g=9.81 m/s2；q為單寬流量，m2/s；h為水深，m。

鑒于上托壓力沿橫橋向從上游至下游呈三角形分布，因此洪水對上部結(jié)構(gòu)不對稱扭矩Mζ為

Mζ=16ζB2γΔh（11）

洪水對橋塔的作用力［22］為

Fw=KA0γv22g（12）

式中：Fw為洪水對橋塔的作用力，N，著力點為水位線以下0.3倍水深處；K為橋塔形狀系數(shù)，取1.3；A0為橋塔阻水面積，m2。

4" 計算結(jié)果及水毀成因分析

4.1" 有限元計算結(jié)果分析

假定洪水作用瞬間，橋塔未發(fā)生或還未發(fā)生滑移和傾覆，不同流速下橋梁洪水作用力結(jié)果見圖5和表2。通過本次洪水流量2 556.17 m3/s計算得出橋址斷面洪峰平均流速為5 m/s，因此，計算結(jié)果僅限于洪水速度為5 m/s及以下的情況。從圖5可知，洪水作用力隨著洪水速度的增加而增大，大致呈二次曲線變化。

討論洪水位即將齊于橋面（漫過前）和洪水漫過橋面2種情況，圖6—圖8展示了不同流速下橋梁索力、位移和橋塔應力的變化情況。由圖6可知：當洪水位低于橋面時，即洪水漫過橋面前，洪水主要作用在橋塔上，對索力影響不大，相比成橋索力浮動很?。划敽樗徊坏陀跇蛎鏁r，即洪水漫過橋面后，洪水同時作用于橋塔和橋面，索力相比成橋索力浮動較大。當洪水沖擊橋面時，主跨側(cè)主索力相比成橋索力變小，產(chǎn)生了一定松弛，隨著流速的增加，索力逐漸變大，然后趨近于成橋索力，注意邊跨側(cè)主索索力變化不大，進一步可知塔頂不平衡索力隨著流速增加先增大后減小；主跨側(cè)地索成橋索力為27.4 kN，隨著流速的增大而快速增大，當流速達到3.92 m/s時，主跨上游側(cè)地索索力達到646.1 kN，超過了容許破斷力645 kN而繃斷，此時索力浮動量最大達22.5倍，而余下的下游側(cè)地索索力隨著速度增大而繼續(xù)增大，主跨下游側(cè)地索在最大洪峰速度5 m/s時，索力為248.3 kN，相比成橋索力增加8倍。邊跨地索索力隨流速增大而緩慢增大，受主跨側(cè)上游地索斷裂影響，邊跨地索索力呈現(xiàn)突然跳躍增大現(xiàn)象，然后逐漸增大。

由圖7可知：當洪水漫過橋面前，橋梁位移量較小，隨著水流速度的增加而增大，由于洪水主要作用在橋塔上，橋塔相比橋面位移量較大。當洪水漫過橋面后，隨著水流速度增大，主跨橋面位移相比邊跨橋面和橋塔位移快速增大，當速度達到主跨上游側(cè)地索斷裂的臨界速度3.92 m/s時，主跨橋面位移出現(xiàn)跳躍增大，當速度達到洪峰最大速度5 m/s時，橋面最大位移達到2.3 m，較為可觀。

由圖8可知：橋塔應力隨著洪水速度的增大而呈非線性增大，成橋時最大應力為0.74 MPa，當速度達到最大洪峰速度5 m/s時，應力為7.37 MPa，橋塔應力相比成橋應力增加約9倍。由于C30混凝土設計容許強度為1.39 MPa，當速度達到2 m/s時，理論上橋塔會出現(xiàn)局部損傷，注意此處未考慮鋼筋的影響。當速度達到主跨上游側(cè)地索斷裂的臨界速度3.92 m/s時，橋塔應力出現(xiàn)跳躍增大現(xiàn)象，此刻應力為4.74 MPa，相比成橋應力增加5.4倍。

4.2" 橋梁洪水破壞機理分析

以事故塔（南塔，即乃九寨側(cè)）為研究對象，通過下式計算橋塔抗傾覆和抗滑動穩(wěn)定系數(shù)。

kζ=s/e（13）

e=∑Piei+∑Hihi∑Pi（14）

kc=μ∑Pi+∑Hip∑Hia（15）

式中：kζ和kc分別為塔基礎(chǔ)抗傾覆和抗滑動穩(wěn)定性系數(shù)；s為在截面重心至合力作用點的延長線上，自截面重心至驗算傾覆軸的距離；e為所有外力的合力在驗算截面的作用點對基底重心軸的偏心距；μ為基礎(chǔ)底面與地基土之間的摩擦系數(shù)，取0.35；Pi和Hi分別為各類豎向力和水平力；ei和hi分別為豎向力Pi和水平力Hi對驗算截面重心的力臂；∑Pi為豎向力總和；∑HiP為抗滑穩(wěn)定水平力總和；∑Hia為滑動水平力總和。

基底滑動和傾覆計算示意如圖9所示。圖中給出了計算作用力的方向和位置，其中：P1、P2、P3、P4分別為基礎(chǔ)、橋塔下部、上部和橫梁重，取值分別為495、2 047、619、43 kN；P5、P6、P7、P8分別為主索塔頂兩側(cè)在上下游索力垂直分量，取值分別為48、16、46、29 kN；H1、H2、H3、H4分別為主索塔頂兩側(cè)在上下游索力水平分量，取值分別為85、35、82、64 kN；H5、H6、H7、H8分別為地索塔身兩側(cè)在上下游索力水平分量，取值分別為114、650、45、298 kN；H9為橋塔洪水力，取值為1 673 kN；H10、H11、H12、H13分別為塔身前后左右土壓力，取值分別為697、421、669、986 kN。

當洪水達到最大洪峰速度時，將上述值代入式（13）～（15），計算得到：順橋向和橫橋向的偏心距為1.56 m和2.32 m，屬于雙向偏心；抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)kζ為0.78，小于1，說明橋塔已經(jīng)發(fā)生傾覆，跟事實相符；傾覆方向沿橋軸向往下游側(cè)偏56°，跟實際觀測值52°比較接近。橫橋方向抗滑動穩(wěn)定系數(shù)kc為0.92，說明事故塔沿河流方向產(chǎn)生了一定滑動行為。令穩(wěn)定系數(shù)為1，反算得出：南塔滑動和傾覆臨界速度分別為4.69 m/s和3.66 m/s。

橋梁水毀過程如圖10所示。由圖10可見：當洪峰過境時，水位暴漲，速度激增，洪水漫過橋面，受橋面阻擋產(chǎn)生巨大浪花。由于缺乏抗風索側(cè)向約束，洪水水平?jīng)_擊力使主跨橋面產(chǎn)生巨大位移（傾覆前約2.3 m）；由于不均勻上托力產(chǎn)生扭矩影響，橋面可能產(chǎn)生傾斜，進一步增大阻水面積，加上水中部分漂浮樹枝撞擊，橋面受力過大，主跨側(cè)上游地索斷裂（最大洪峰速度超過了斷索的臨界水流速度），從而加劇橋面位移顯著增大。當南塔基礎(chǔ)埋深設置不夠時，一方面會增大洪水沖擊橋塔的作用面，另一方面會減小抗滑移和抗傾覆的土壓力。本次最大洪峰速度超過了原基礎(chǔ)設計埋深時的滑動和傾覆臨界水流速度，導致南側(cè)塔向北偏東約52°方向發(fā)生傾倒。對于此類吊橋，當洪水漫過橋面，橋梁的抗水毀能力極低，因此設計時有必要保持足夠的橋下凈空，并設置有效的側(cè)向抗風索。

5" 結(jié)論

本文以“7·10”貴州省榕江縣便民吊橋水毀為研究對象，基于暴雨洪水法和有限元分析方法，可得出以下結(jié)論：

1）山區(qū)中小流域洪水流量計算宜采用地方洪水計算手冊計算，本次洪水流量為2 556.17 m3/s，暴雨洪水重現(xiàn)期超1 000年一遇，屬于部分匯流類型。

2）吊橋?qū)儆谌嵝越Y(jié)構(gòu)，洪水漫過橋面會對橋梁響應產(chǎn)生較大影響，最大洪峰流速時，索力相比成橋索力可增加8倍，橋塔應力可增加約9倍，橋塔傾覆前橋面位移可達2.3 m。

3）洪水作用下，橋梁上游側(cè)地索繃斷的臨界速度為3.92 m/s，南塔即事故塔底屬于雙向偏心和單向滑動，滑動和傾覆臨界速度分別為4.69 m/s和3.66 m/s，傾倒方向沿橋軸向往下游約52°。

4）洪水量大流急，水位高、基礎(chǔ)埋深不足、缺乏有效的側(cè)向抗風索是導致橋梁發(fā)生事故的主要原因。當洪水漫過橋面，此類吊橋的抗水毀能力較低，因此，設計時要保證此類橋梁有足夠的橋下凈空和基礎(chǔ)穩(wěn)定性，并設置必要的纜風索。

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（責任編輯：周曉南）

Research on Failure Mechanism of Flood Damage to Pedestrian Steel Cable Suspension Bridges Across Rivers in Mountainous Areas

WU Anjie*1， WU Yi2

（1. School of Civil Engineering， Guizhou Institute of Technology， Guiyang 550003， China;

2. School of Civil Engineering， Guiyang Institute of Information Science and Technology， Guiyang 550025， China）

Abstract：

To study the mechanism of flood failure to pedestrian steel cable suspension bridges in mountainous areas， taking the \"7·10\" convenient suspension bridge water damage in Rongjiang County in 2020， Guizhou Province as the engineering background， the design flood discharge of the bridge site located in Pingyong River was calculated based on the rainstorm flood method， and this peak discharge was rechecked through field survey. A geometric nonlinear calculation model for the suspension bridge was established using finite element software， and the response of bridges subjected to flood action was analyzed. The mechanism of bridge disaster by flood was studied combined with the video recording. The research results show that the return period of this rainstorm flood exceeds 1 000 years， and the confluence condition belongs to a partial confluence type. When the flood overflows the bridge deck， the horizontal force， uplift force， and torque of the flood action will cause a significant response of the bridge. At the maximum peak flow velocity（5 m/s）， the cable force can increase by 8 times compared to the accomplishment state of the bridge， the stress of the bridge tower can increase by about 9 times， and the displacement of the bridge deck before the bridge tower capsizes can reach 2.3 m. The critical water flow velocity for the breakage of the cable located on the upstream side of the bridge deck bottom is 3.92 m/s， and the stability coefficients for anti sliding and anti overturning of the cable tower on the south side（near the Yinrong Highway） are both less than 1 at the maximum flood peak flow velocity. Excessive flood discharge， shallow burial depth of bridge tower foundations， and lack of effective lateral wind resistant cables are important reasons for the damage of suspension bridges. To reduce bridge disaster by flood， it is necessary to ensure the stability of such suspension bridge foundations and have sufficient clearance and necessary wind resistant cables.

Key words：

steel cable bridge; flood action; finite element analysis; failure mechanism