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专家解读虎门大桥为何“抖动”

来源:乐鱼体育注册入口    发布时间:2023-11-10 22:22:25
详细介绍:

  5月5日14时许,虎门大桥桥面发生起伏晃动,振幅较为显著。经专家组判断,虎门大桥5日发生振动系桥梁涡振现象,并不影响桥梁结构安全。6日凌晨,有媒体记者在虎门大桥管理中心实时监控画面看到,大桥仍有肉眼可见的轻微振动。近段时间,我国多座知名悬索桥接连发生桥身“抖动”现象,引起国内舆论广泛关注。究竟是何原因?这些现象之间有无共性?后续应如何对桥梁进行安全检查?

  虎门大桥抖动事件发生后,大桥管理部门联合交警部门及时采取双向交通管制措施,广东省交通运输厅、广东省交通集团连夜组织了国内12位知名桥梁专家召开专题视频会议进行研判。

  广东省交通集团6日凌晨通报,专家组初步判断,虎门大桥悬索桥本次振动的根本原因为沿桥跨边护栏连续设置水马,改变了钢箱梁的气动外形,在特定风环境条件下,产生了桥梁涡振现象。

  虎门大桥大修办公室副总工程师张鑫敏在接受媒体采访时表示,当时沿着护栏立柱摆了一层水马,相当于把护栏立柱的透风孔给堵住了,水马对桥梁的抗风外形产生了变化,所以产生涡振。

  一位不愿意透露姓名的业内专家6日在接受《环球时报》记者正常采访时对“涡振”现象做了更浅显易懂的解释。他说,虎门大桥的主梁为扁平钢箱梁,是两边尖、中间横高的样式,从外形上看,它的上下两边呈直线,两侧是三角形,本身有流线型设计。这位专家这样认为,大桥建完后,桥面一般只有栏杆和吊索,“这是不阻风的,阻风断面很小,所以风吹过来是流线型,大桥能自动把风通过去。”

  该专家称,最近一段时间虎门大桥在更换吊索,为防止桥上通行车辆对施工界面造成影响,于是施工方在紧急停车带放置了很多水马。“这些水马高度为1.2米,一个挨一个,而且是不透风的,这就改变了大桥主梁原本流线型的形状。”这位专家这样认为,这时风再吹过来,被水马阻挡后,根据空气动力学原理,会形成漩涡,产生涡激力。涡激力对桥面进行作用,下面的往上升,上面的往下压,使桥梁产生振动。“这种由涡激力产生的振动频率如果跟桥梁自振频率产生共振,就会引起桥的振幅加大。”

  该专家告诉《环球时报》记者,这种由涡激力引起的桥梁共振,简称“涡振”,一般是在低风速状态下发生。目前看来,虎门大桥的整体的结构没有受到太大影响。

  撤走水马之后,虎门大桥在6日出现的后续晃动又是怎么回事呢?虎门大桥大修办公室副总工程师张鑫敏接受各个媒体采访时表示:“目前的抖动可能是惯性原因,它会慢慢消除。”此外,广东虎门大桥公司工作人员也在回应媒体采访时表示,“目前,已拆除桥面上的水马,因为恢复期比较长,所以还有抖动。”

  著名桥梁结构专家、国际桥梁与工程协会主席葛耀君6日在接受各个媒体采访时认为,二次涡振的成因与第一次涡振没有直接联系,目前已经安排仪器观测数据,专家组正在对二次涡振的成因进行调查。

  著名桥梁专家吴明远6日晚在虎门大桥涡振记者答疑会上称,6日中午过后,虎门大桥抖动已经基本平息。根据目前检测的结果,此次涡振并未影响虎门大桥的整体结构。据张鑫敏介绍,目前正在对大桥进行全面的检测,至于何时通车,目前尚不能确定。

  哈尔滨工业大学(深圳)土木与环境工程学院教授肖仪清6日接受各个媒体采访时称,悬索桥属于柔性桥,大跨径悬索桥出现小幅振动属于正常现象,这次产生涡振的虎门大桥主跨径达888米。悬索桥有时在较低风速下产生振动,幅度较小眼睛不能分辨,在特殊条件下会产生较大振幅。如果水马拆除后还有显著振动,则需要做专门检测和研究。

  事实上,此次虎门大桥的异常晃动现象并非近期首次。4月26日下午,武汉鹦鹉洲长江大桥桥体就出现过可感知的上下晃动现象。近来接连出现类似大桥晃动情况,之间是不是存在共性?对于鹦鹉洲长江大桥出现的晃动,上述匿名专家觉得,从表象来看,鹦鹉洲大桥的晃动也是一种由风引起的振动。这位专家告诉《环球时报》记者,在很多类型的桥梁中,在对抗风方面最为敏感的就是悬索桥。“悬索桥本身对风是易感的,所以这几十年来,在抗风课题上主要都是对这种大跨度的悬索桥进行研究。”他说,悬索桥的跨度一旦超过1000米,由风所引起的振动除了涡振以外,还有“颤振”和“抖振”。这一些状况在桥梁风现象中都是存在的,该专家这样认为不必过于担心,只要能控制得住,对桥梁结构、安全不产生影响就可以了。该专家这样认为,“自从美国塔科马桥塌了之后,兴起了桥梁风工程学科。”该专业的人介绍说,“我国从上世纪90年代开始修建虎门大桥时,已充分吸收国外桥梁抗风理论和抗风方面的经验教训,所以在后续的我国悬索桥的设计中,都做过专门的抗风的理论和实验研究。”

  近期发生在虎门大桥以及鹦鹉洲大桥上的桥体晃动,是否会对悬索桥的桥体结构造成损伤?上述不具名专家告诉《环球时报》记者,这种柔性的悬索桥本身引起的变形,在桥梁设计允许挠度限值以内都是可接受的,对桥梁结构本身也不会有太大损害。但他同时强调,桥梁不是“金刚不坏”之身,建造完成后不是什么工况都能够扛得住。“在面临超出设计极限荷载的情况下,也不敢说百分百没问题。”

  该专家表示,虎门大桥此前没出现过类似涡振现象。他对此次情况的发生进行复盘后告诉《环球时报》记者,此次发生的情况主要由于两点原因:第一,虎门大桥此次换吊索是建成后首次更换,且虎门大桥主桥也从没有像当天那样,把水马排得那么齐。“桥梁维修是一个特种施工工程,必须要申请当地交管部门同意,不能随便临时设置围挡装置,可能施工队伍没有最大限度地考虑这样的一种情况。”第二,风速颇为凑巧,刚好在产生涡振范围内。“风速更大、或再小一点都吹不起来。”

  该专家表示,今后类似悬索桥来维护时,要将此次虎门大桥发生的情况考虑在内,“尤其在沿海地区”。但该专家也对《环球时报》记者表示,不必过于担心。“国内的桥梁每年有定检,就像人一样每年都有体检。此外,桥上还装有健康监测系统,专门用于自动采集桥体结构变形和应力数据。”对于特大桥的养护,从定点和日常的在线监测这一块来说,手段是比较齐全的。该专家这样认为,此次产生的涡激共振,系统都有信号采集,这一些数据很宝贵,对今后分析类似工况会有帮助。

  肖仪清表示,以后如果要做全桥维护,整个桥面都要用水马阻挡,还会改变断面气动特性,应该尽可能先评估一下,这种评估现在也比较好做,就是采用CFD计算流体动力学软件平台做一些模拟分析,就能得出一些基本参考结果。此外,结构健康监测系统的推广应用,也可以收集掌握桥梁全寿命的运行信息,能更好地用于桥梁结构安全预警和事件之后的安全评估与原因排查。▲

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