數次異常抖動的虎門大橋,曾獲多項創新大獎……是懸索橋不夠安全嗎?

2020-12-16 解放日報

昨天上午開始

#虎門大橋異常抖動#

就一直掛在熱搜上

從現場網友及相關部門

發來的視頻圖片來看

大橋好像波浪一樣,此起彼伏

今天凌晨,在虎門大橋管理中心實時監控畫面看到,大橋仍有肉眼可見的輕微振動。

目前,大橋管理部門已經封閉了大橋,有工作人員守在上橋處,暫時禁止通行。

好端端的大橋,抖動了起來

網友都都慌了

虎門大橋究竟怎麼了?

▽▽▽

虎門大橋是廣東省境內一座連接廣州市南沙區與東莞市虎門鎮的跨海大橋,是廣深珠高速公路網的主要組成部分,因其連接珠江兩岸,溝通深圳、珠海等重要城市,是廣東沿海地區的重要交通樞紐。虎門大橋於1992年動工建設;1997年建成通車;1999年通過竣工驗收。

曾獲多項創新大獎

投資近30億元的虎門大橋是國家重點工程,擁有多項國內或國際先進水平工程技術和工藝,是我國第一座真正意義上的大規模現代化懸索橋,被認為標誌著二十世紀中國橋梁建設的最高成就。

「儘管虎門大橋地處颱風多發地帶,但是在設計之初已經充分考慮這一因素,抗風係數肯定是很高的。眾所周知,橋梁安全最怕的是發生共振,但是這些因素在設計之初也都已經充分考量並避免」。深圳移步設計公司建築設計師賈永曾長期從事橋梁設計工作,他告訴科技日報記者,「虎門大橋到現在不過20年的時間,我國的橋梁大部分都會按百年規劃來設計,所以不太可能是設計缺陷」

虎門大橋建設期間,我國的大跨徑現代懸索橋技術可以說是空白階段,沒有現成的施工技術標準和設計規範。諸如懸索橋的設計、抗風穩定、大型鑄件的製造、簿板超寬型加勁鋼箱梁的製作與焊接、大型施工專用設備、施工架設、施工控制等都需要靠中國團隊自主設計、解決。雖然中國早期曾有大跨連續剛構橋的設計施工經驗,但面對虎門大橋的更大跨徑,還需解決設計中結構輕型化帶來的某些關鍵技術。

從後來的情況來看,中國的工程師們很好地完成了設計和建造工作,業內普遍認為虎門大橋在我國橋梁史上有特殊的地位,不僅因為它重要的地理位置,更是因為其建設規模大,結構新穎,受外界環境影響大,無論是設計還是施工均為國內首次嘗試。正因為如此,虎門大橋項目不僅獲得詹天佑土木工程大獎,更有數項技術獲廣東省科技進步獎和國家科技進步獎。

並非首例,這些橋也曾「顫抖」過

有網友發現,虎門大橋並不是國內發生抖動的第一例。

就在 10天前的4月26日,同為懸索橋的武漢鸚鵡洲長江大橋橋體,也發生過類似晃動,當時有網友驚呼「晃得頭暈,嚇到懷疑人生」。媒體搜索發現,早在2017年4月,就有人在得意社區發帖稱「神奇的鸚鵡洲長江大橋,劇烈抖動,開車像開船一樣晃蕩」。再往前,2012年8月,一名報導颱風的記者稱看見杭州灣跨海大橋「像廚師手裡的一根拉麵似的在抖動」……

網友拍攝的鸚鵡洲長江大橋晃動畫面

不少人由此擔心,這些現象是否存在聯繫?俗稱「吊橋」的懸索橋還安全嗎?

懸索橋是以主纜為主承力結構、加勁梁通過吊索「吊掛」在主纜上的一種橋型,造型美觀、跨越度大。中鐵四局集團市政工程有限公司總工程師周江在接受科技日報採訪時介紹,相對拱橋、斜拉橋、梁橋而言,懸索橋雖然在視覺效果上顯得柔細些,但它卻是一種高超靜定結構。他認為,抗風設計規範的現代懸索橋,只要風力不超過設計允許範圍,其結構安全性是不用擔心的。

中鐵大橋局橋科院副總工程師彭旭民也曾就鸚鵡洲大橋情況向媒體解釋,懸索結構屬於柔性橋,不是鋼結構橋。在重壓作用下,橋體變形幅度會相對較大,位移較其他橋大一些是正常的。他甚至透露了透露這樣一個細節:2014年12月11日晚進行的靜載試驗中,54臺30噸重的車同時上橋跑,最終橋體跨中下降約2米,仍小於計算值,因此可以說是安全的。

隨著計算機仿真技術的日趨成熟,有研究人員運用計算機仿真程序模擬著名的美國塔科馬海峽大橋坍塌事件,研究表明,如能提高氣動穩定性以防止大型旋渦的形成,80年前的這場悲劇在一定程度上是可以控制的。不過,這個慘痛教訓為後來的橋梁設計與建造敲響了警鐘,此後十年,空氣動力和空氣彈性學應運而生,並不斷完善,目前已成為橋梁、飛機等設計領域的必修課程。

1940年美國塔科馬大橋「顫抖」畫面

官方通報「懸索橋結構安全可靠」

擋牆正在拆除

廣東省交通集團通報稱,5月5日下午14時許,虎門大橋懸索橋橋面發生明顯振動,橋面振幅過大影響行車舒適性和交通安全。大橋管理部門聯合交警部門及時採取了雙向交通管制措施,廣東省交通運輸廳、廣東省交通集團連夜組織了國內12位知名橋梁專家召開專題視頻會議進行了研判。

專家組初步判斷,虎門大橋懸索橋本次振動的主要原因是:沿橋跨邊護欄連續設置水馬,改變了鋼箱梁的氣動外形,在特定風環境條件下,產生了橋梁渦振現象。

廣東省交通集團通報說,大跨徑懸索橋在較低風速下存在渦振現象,振動幅度較小不易察覺,僅在特殊條件下會產生較大振幅,不影響橋梁結構安全,會影響行車體驗感、舒適性,易誘發交通安全事故。

據橋梁設計、橋梁風工程研究專家葛耀君在接受採訪時進行了詳細解釋,因為虎門大橋在修吊杆和主纜,為了防止車撞,所以在橋邊放了臨時的擋牆,也就是俗稱的「水馬」,「水馬」改變了橋梁的外形結構。虎門大橋原有的結構是流線型,加了「水馬」之後就變成了鈍體,在特定風環境下,導致了橋梁渦振。

葛耀君介紹,在對橋梁進行新橋建成驗收的時候,要對大橋進行承載力測試,虎門大橋880米,按照要求在滿載車輛的實驗中達到的下降位移標準是2米,從視頻上看,近期虎門大橋的震動位移最多有幾十公分,大橋的強度問題和安全性問題肯定是沒有的。「但是震動的時候人會感覺不舒服,車開上去有危險」。

葛耀君表示,只要把水馬移開,大橋很快就能恢復到原有的穩定狀態。5月5日下午5點45分左右,相關單位已經將橋面上的水馬拆除,那為什麼到了今天凌晨都還會出現抖動呢?在此前的採訪中,葛耀君也進行了預測,「還會持續一點點時間的震動,因為能量還沒有耗散掉。」

專家:還有一個問題不可忽視!

儘管不超過設計範圍的橋面晃動並不影響橋梁主體,但仍可能帶來其他安全隱患。一些經歷過類似場景的網友紛紛表達了「當時還有人停車了,差點追尾」「都給我整暈了要吐」等感受。因此,為了司乘行車安全,臨時封閉檢測、確保安全是必要的。

不過,除了設計和建造環節,橋梁的安全還有一項重要的體現——後期的監測和維護。一座橋梁在日常運行狀況下會受到荷載、環境氣候、材料老化、結構損傷等多方面因素的影響。隨時掌握橋梁受力和變形情況,監測橋梁應力應變,成為評價橋梁使用狀況和安全狀況的一個重要指標。

因此,現代橋梁一般都有一整套健康監測與評估系統,對橋梁的裂縫、航道、車流量等多方面情況,進行數據採集和分析;對大橋的環境溫度、混凝土應力應變、震動情況、移位情況等進行實時監測預警。目前,比較先進的橋梁監測系統綜合運用了數字圖像技術、現代傳感技術、智能識別技術以及通信技術等。

值得一提的是,有業內人士表示,這樣一套監測系統維護起來並不容易。一般十年左右,軟硬體都需要更新,有些項目並不一定能及時置換更新。該業內人士強調,橋梁監測是所有建築中最為重要的,像虎門大橋這樣的重要樞紐監測系統應該會保持良好運轉。

目前,虎門大橋管養單位已緊急對大橋進行全面檢查檢測,大橋繼續施行雙向封閉。交通運輸部已組建專家工作組到現場指導。截至目前,大橋解封時間尚有待確定。

解放日報·上觀新聞綜合報導

綜合自人民日報、科技日報、新華社、楚天都市報、長江日報等

相關作者:上官河

微信編輯:皮小姐

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