大風吹動了大橋?「搖搖晃晃」的虎門大橋發生了什麼?

2020-12-22 荔枝新聞

5日下午,廣東虎門大橋發生異常抖動,部分橋面出現上下起伏、如波浪般抖動的小視頻刷屏朋友圈:

不少過往群眾也表示,整個大橋像波浪一樣「起起伏伏」地搖晃。

 【「異常晃動」的虎門大橋上下都發生了什麼?】

5月5日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。

18時36分左右

廣東省高速公路集團通報,虎門大橋受主橋風速大影響,產生渦振。基於安全考慮,大橋管理部門迅速啟動應急預案,配合交警實施雙向交通管制措施,廣東省交通集團已組織養護技術人員對橋體進行檢查並組織專家研判。

19時26分左右

據廣東海事局消息,珠江虎門大橋水域自5月5日18:15已經開始實施交通管制,對附近水域暫時封航,請上下遊過往船舶聽從現場指揮,以策安全!

19時50分左右

記者航拍發現現場大橋橋面仍有抖動現象,監控視頻亦可清晰看到橋面起伏。

20時10分左右

抖動逐漸平緩停止。

【專家組連夜研判,虎門大橋振動原因初步判定是它......】

據廣東省交通集團通報稱,專家組初步判斷,虎門大橋懸索橋本次振動主要原因是: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,產生的橋梁渦振現象。

虎門大橋大修辦公室副總工程師張鑫敏表示:「我們現在分析的主要原因是,可能當時我們在做橋面檢修的工作,沿著護欄立柱擺了一層水馬,擺了水馬以後,相當於把護欄立柱的透風孔給堵住了,通過專家的會議和意見,覺得是水馬對橋梁的外形、抗風的外形產生了變化,所以產生了渦振

橋梁渦振現象是如何產生的?

著名橋梁專家、虎門大橋工程顧問、西南交通大學教授強士中解釋說,橋梁的截面呈流線型,迎風面的風吹過之後,是不會產生漩渦的。但是,當這個形狀改變了,風通過橫截面之後,會在背側形成漩渦,從而加大橋梁的壓力。在橋梁上加一個水馬等小型物件,沒有很大影響,但連續性的物體,會使整個橫截面形狀被改變。

【PS:水馬,是個啥?】

水馬,是一種用於分割路面或形成阻擋的塑制殼體障礙物。通常是上小下大的結構,上方有孔以注水增重,部分水馬還有橫向的通孔以便通過杆件連接以形成更長的阻擋鏈或阻擋牆。

水馬一般用於道路交通設施,在高速路、城市道路及天橋街道路口常見。

 【虎門大橋系國家重點工程,多項技術曾獲創新大獎】

虎門大橋是連接廣州市南沙區與東莞市虎門鎮的跨海大橋,1997年建成通車,也是中國第一座大型懸索橋,其主航道跨徑888米,居中國前列,被譽為「世界第一跨」。它建設規模大,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,在我國橋梁史上有特殊的地位。

「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。」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,他表示,「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。」

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。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。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。

【被「風晃動的大橋 VS 詭異的「卡門渦街

對於此次虎門大橋異常抖動,一開始許多人認為是當時主橋風速過大造成的。但也有當地民眾表示「風並不太大」。說起來,歷史上還真有風不大,但橋晃塌了的案例發生,最著名的便是美國塔科馬海峽大橋在微風中塌陷

這座大橋於1940年7月1日通車,可建成通車僅四個月後就被「風」摧毀,120多米的大橋主體轟然墜入塔科馬海峽,激起了一大片煙塵。而橋被吹垮的原因是發生了「卡門渦街」現象。

Question:

橋面是水平的,風也是水平吹過來的,為什麼會發生上述扭轉的擺動,導致最後橋的坍塌呢?

Answer:

由於在風的作用下產生的「卡門渦街」,渦作用以後使得橋面周期性出現上下的作用力。

卡門渦街示意圖:

伴隨著網友對「卡門渦街」的討論,一段東莞理工學院校長馬宏偉上課的視頻被挖出。視頻為馬宏偉校長2018年秋季學期在《工程力學》課程中為機械工程類專業二年級學生授課,向學生科普了大橋抖動這一現象專業術語「卡門渦街」。有興趣的小夥伴,一起來看看吧:  

△點擊觀看《工程力學》-卡門渦街試驗內容,一起來聽馬宏偉校長科普,橋是怎麼被風「吹」動的吧

(編輯/李慧 部分內容參考:央視新聞、科技日報、南方日報)

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