【原】虎門(mén)大橋?yàn)槭裁磿?huì)晃動(dòng)？專(zhuān)家稱(chēng)沒(méi)有安全風(fēng)險(xiǎn)，原因是橋面大量雜物

星辰大海種花家 2020-05-07

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一輩子走過(guò)的橋比你走過(guò)的路都多，這是我們調(diào)侃別人資歷不夠的俗語(yǔ)，但話(huà)是怎么說(shuō)，無(wú)論是誰(shuí)橋都是經(jīng)常走的，除非走過(guò)晃悠悠的吊橋，那些鋼筋水泥橋晃動(dòng)確實(shí)令人害怕，這寧折不彎的鋼筋水泥還能像波浪一樣起伏？

武漢鸚鵡洲長(zhǎng)江大橋和虎門(mén)大橋發(fā)生異常抖動(dòng)

4月26日的武漢鸚鵡洲長(zhǎng)江大橋異常抖動(dòng)時(shí)可能大家的關(guān)注度并不高，畢竟也不是特別嚴(yán)重，但5月5日虎門(mén)大橋的晃動(dòng)就令人害怕了，筆者第一次看到虎門(mén)大橋那起伏波浪式的運(yùn)動(dòng)，即使對(duì)鋼筋水泥結(jié)構(gòu)性能有些了解的情況下仍然有些心有余悸，而且還從監(jiān)控鏡頭中看到剛開(kāi)始時(shí)還有車(chē)輛通過(guò)，不禁為他們捏了把汗，幸虧大橋維管單位迅速反應(yīng)，立即停止通行，在這里要為他們點(diǎn)個(gè)贊！

大橋?yàn)槭裁磿?huì)晃動(dòng)？

大橋是由鋼筋水泥架構(gòu)的，在我們的印象中，鋼筋水泥都是寧折不彎，但其實(shí)完全不是這樣，鋼筋水泥結(jié)構(gòu)的形變程度可達(dá)1%，而且不會(huì)影響結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，也就是說(shuō)我們建設(shè)的大橋有那么一點(diǎn)點(diǎn)變形，其實(shí)所有材料都會(huì)有一個(gè)形變范圍，比如彎曲、拉伸和壓縮，這些指標(biāo)都不一樣，而大橋的起伏正是材料彎曲形變的范疇！

那么有幾個(gè)因素會(huì)造成大橋的彎曲呢？首先當(dāng)然是重力效應(yīng)了，所以懸索橋都會(huì)有一條條鋼索把橋面拉住，避免它超過(guò)形變范圍而垮塌！

另一個(gè)因素則是車(chē)輛經(jīng)過(guò)的震動(dòng)，如果沖擊力夠大，當(dāng)然也可能造成橋面垮塌

還有一個(gè)則是風(fēng)力因素，大橋遭遇強(qiáng)側(cè)風(fēng)時(shí)，會(huì)有兩個(gè)效應(yīng)，一個(gè)是渦振，另一個(gè)是顫振！渦振的全稱(chēng)渦激振動(dòng)（vortex induced vibration，VIV），原因氣流經(jīng)過(guò)物體截面后，在物體背后產(chǎn)生周期性的漩渦脫落，由此產(chǎn)生對(duì)結(jié)構(gòu)的周期性強(qiáng)迫力。我們看到的大風(fēng)中橫幅瘋狂的上下波動(dòng)，就是渦振，這是我們能見(jiàn)到的最常見(jiàn)現(xiàn)象。

渦震效應(yīng)

渦振的頻率與幅度與物體的氣動(dòng)結(jié)構(gòu)外形有關(guān)，基本上會(huì)通過(guò)截面的形狀來(lái)破壞渦旋的脫落，因此大部分條件下渦旋會(huì)提早脫落不至于引起連續(xù)的振幅與橋面共振頻率一致。

設(shè)計(jì)的時(shí)候不能避免這種情況嗎？

橋梁設(shè)計(jì)時(shí)候會(huì)有一個(gè)風(fēng)洞模型數(shù)據(jù)采集過(guò)程，即將大橋?qū)⒁ǔ傻男螤畎幢壤s小，在風(fēng)洞中施以各種風(fēng)速，看看橋梁是否會(huì)在常見(jiàn)氣象條件下發(fā)生共振而危害橋梁安全，一座理論上安全的的橋梁應(yīng)該在所有風(fēng)速上都不會(huì)出現(xiàn)這種狀況，但理論上往往是一個(gè)各方妥協(xié)的過(guò)程，即保證絕大部分條件下橋梁安全！

但設(shè)計(jì)者會(huì)盡可能將這個(gè)絕大部分比例提高的百年一遇或者千年一遇，那為什么虎門(mén)大橋幾十年都沒(méi)有發(fā)生讓橋面明顯欺負(fù)的渦振，為什么今年就很特別呢？據(jù)公開(kāi)報(bào)道的資料，虎門(mén)大橋在維護(hù)過(guò)程中在橋跨邊護(hù)欄連續(xù)設(shè)置水馬，改變了原初設(shè)計(jì)時(shí)的氣動(dòng)外形，因此在某種風(fēng)速下，這個(gè)氣動(dòng)效應(yīng)就會(huì)誘發(fā)渦振，導(dǎo)致橋面起伏。

大橋晃動(dòng)為危及橋梁安全嗎？

從結(jié)構(gòu)強(qiáng)度上來(lái)看，如果不超過(guò)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，那么短期的渦振并不會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞，但長(zhǎng)期可能會(huì)造成材料結(jié)構(gòu)疲勞，最終壽命提前到來(lái)、強(qiáng)度降低而毀壞橋梁，因此當(dāng)務(wù)之急是恢復(fù)虎門(mén)大橋的氣動(dòng)外形，如果仍然有震動(dòng)的話(huà)，模型再吹風(fēng)洞，看在哪些位置增加一些設(shè)計(jì)破壞這個(gè)氣動(dòng)效果而使大橋更安全。

虎門(mén)大橋的專(zhuān)家組稱(chēng)，大跨度懸索橋都會(huì)存在大小不一的渦震現(xiàn)象，幅度較小的我們不易察覺(jué)，5月5日的振幅比較大，盡管還不至于破壞結(jié)構(gòu)，但可能影響行車(chē)安全！

廣東省交通運(yùn)輸廳、省交通集團(tuán)連夜組織中國(guó)內(nèi)陸12位知名橋梁專(zhuān)家召開(kāi)專(zhuān)題視頻會(huì)議進(jìn)行了研判。根據(jù)現(xiàn)有掌握的數(shù)據(jù)和觀(guān)測(cè)到的現(xiàn)象分析，虎門(mén)大橋懸索橋結(jié)構(gòu)安全可靠，此次振動(dòng)也不會(huì)影響虎門(mén)大橋懸索橋后續(xù)使用的結(jié)構(gòu)安全和耐久性。

基于理由是振幅有限，渦震的振幅不會(huì)無(wú)限加大，因?yàn)樵谝欢L(fēng)速范圍內(nèi)會(huì)產(chǎn)生鎖定現(xiàn)象，即空氣的阻尼作用會(huì)阻止振幅增加，但風(fēng)速增加后頻率會(huì)脫離固有頻率，那么共振消失，渦振帶來(lái)的振動(dòng)消失，所以專(zhuān)家組的結(jié)論是可信的。