虎門大橋抖動,應是卡門渦街惹的禍!

2021-01-17 騰訊網

來源:北京振動工程學會

作者:陳奎孚

據廣東省公安廳交管局的消息,2020年5月5日下午3點30分左右,由於風速大,虎門大橋出現搖晃,為確保安全,虎門大橋現已封橋,不能通行。

目前,大量車輛湧入虎門威遠,虎門交警已調派大量警力在現場指揮疏導交通,分流車輛向莞佛高速、沿江高速行駛。

網友拍攝視頻

據網友和新聞說當時風速很大,估計是風導致渦激振動。

歷史上對風致橋梁振動研究最早的例子是1940年美國塔科瑪峽谷橋。下面視頻是當時錄像。

1940年,美國華盛頓州的塔科瑪峽谷上花費640萬美元,建造了一座主跨度853.4米的懸索橋。建成4個月後,於同年11月7日碰到了一場風速為19米/秒的風。雖風不算大,但橋卻發生了劇烈的扭曲振動,且振幅越來越大(接近9米),直到橋面傾斜到45度左右,使吊杆逐根拉斷導致橋面鋼梁折斷而塌毀,墜落到峽谷之中。

二戰後科學家對塔科瑪的馮卡門為代表的流體力學家認為,塔科瑪橋的主梁有著鈍頭的H型斷面,和流線型的機翼不同,存在著明顯的渦旋脫落,應該用渦激共振機理來解釋。馮·卡門1954年在《空氣動力學的發展》一書中寫道:塔科瑪海峽大橋的毀壞,是由周期性旋渦的共振引起的。設計的人想建造一個較便宜的結構,採用了板材代替桁架作為邊牆。不幸,這些板材引起了渦旋的發放,使橋身開始扭轉振動。這一大橋的破壞現象,是振動與渦旋發放發生共振而引起的。20世紀60年代,經過計算和實驗,證明了馮·卡門的分析是正確的。

這就是卡門渦街(流體繞過圓柱體)

這是研究的實驗和分析對比的視頻

2010年5月19日俄羅斯的伏爾加大橋也曾發生過類型的振動,但振動過後橋梁安然無恙。

相關焦點

  • 卡門渦街是什麼?80年前震塌塔科馬大橋,如今讓虎門大橋多次抖動
    5月5日下午至6日中午,長達20個小時的時間裡,廣東省虎門大橋多次發生抖動。雖然沒有達到搖搖欲墜的程度,但不合常理的抖動還是讓不少人擔驚受怕。虎門大橋位於珠江獅子洋之上,是一座連接廣州市南沙區與東莞市虎門鎮的跨海大橋。虎門大橋於1992年動工建設,1997年6月9日建成通車。
  • 虎門大橋今早還在抖!卡門渦街是什麼?
    廣東省交通集團6日凌晨通報稱,專家組判斷,虎門大橋5日發生振動系橋梁渦振現象,並認為懸索橋結構安全可靠,不會影響虎門大橋後續使用的結構安全和耐久性。6日凌晨,記者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。 另據新京報,截至6日上午11時,渦振仍未停止。
  • 虎門大橋的「渦振」是什麼?為什麼會持續抖動?
    帶著以上疑問,扒拉著中國天氣網首席氣象分析師胡嘯,決定加更一篇,來給大家捋一捋,虎門大橋究竟咋回事。  虎門大橋當然沒有塌,而且如果你有關注這事,現在應該至少get到了一個名詞——渦振。  是的,這次虎門大橋持續又明顯的抖動學名叫渦振。它指橋梁在平均風作用下,有繞流通過實腹梁橋斷面後交替脫落的渦旋引起的振動。
  • 從虎門大橋渦振到「卡門渦街」與塔科馬海峽大橋
    近日,我國第一座真正意義上的大型懸索橋「虎門大橋」異常抖動的視頻在網絡上引發熱議。嗯,「卡門渦街」就是以錢學森導師馮·卡門名字命名的、流體力學中一種重要的現象。在馮·卡門的自傳中,關於「卡門渦街」的發現,他是這樣描述的:首先我假設水經過圓柱體時一分為二,一股從上邊流過,一股從下邊流過,生成渦,經過圓柱體後脫落成為兩個尾流,一個從上面流出,一個從下面流出。
  • 讓虎門大橋持續抖動的渦振到底是什麼鬼?
    虎門大橋當然沒有塌,而且如果你有關注這事,現在應該至少get到了一個名詞——渦振。是的,這次虎門大橋持續又明顯的抖動學名叫渦振。事實上,這種渦旋影響不只會作用於橋梁,它正是流體力學中重要的現象——「卡門渦街」。
  • 虎門大橋抖動與美國大橋坍塌原因一致,是這兩個因素
    5月5日,廣東虎門大橋發生異常抖動,事後專家第一時間前往調研研判,認為在橋邊新裝的水馬改變了大橋的空氣力學特性,使得大橋在特定風力下產生的卡門渦街,脫落渦施加於橋面力的頻率與大橋的共振頻率一致,使橋發生共振,導致大橋上下抖動。
  • 硬核科普:是什麼導致了虎門大橋振動,卡門渦街?
    據廣東省公安廳交管局的消息,2020年5月5日下午3點30分左右,由於風速大,虎門大橋出現搖晃,為確保安全,虎門大橋現已封橋,不能通行。目前,大量車輛湧入虎門威遠,虎門交警已調派大量警力在現場指揮疏導交通,分流車輛向莞佛高速、沿江高速行駛。
  • 卡門渦街
    當流體流經一個物體的時候可以形成卡門渦街,這種旋渦可能會引起物體的振動。
  • 利用SOLIDWORKS Flow Simulation還原虎門大橋為何抖動?
    虎門大橋抖動發生背景2020年5月5日,網友爆料稱虎門大橋發生異常抖動,從拍攝的視頻來看大橋的橋面在大風影響下像波浪一樣起伏不定,隨後大橋被關閉。解釋大橋為什麼會抖動呢?早在1940年,著名的塔科馬大橋就以親身經歷給我們展示了這種抖動的原因,具體感興趣的朋友可以自行搜索,而當時的設計者萊昂·莫伊塞夫的職業生涯也走到了盡頭。利用SOLIDWORKS Flow Simulation還原虎門大橋為何抖動?
  • 李永樂老師揭秘:虎門大橋渦振與錢學森老師有什麼關係?照片曝光
    >小編的話:5月5日,「虎門大橋」發生異常抖動登上熱搜,部分專家認為:「對虎門大橋進行維護時安裝了水馬,影響了風的運動,才讓大橋發生了渦振。」100年前,著名空氣動力學家、錢學森的導師馮.卡門發現了流體通過阻流體時,會形成交替漩渦的現象,稱為「卡門渦街」,「卡門渦街」激發阻流體的振動,這就是渦振。渦振可以是有益的也可以是有害的,人們利用渦振可以製造風弦琴、流速計,但是持續強烈的渦振也會影響建築物安全,例如1940年,美國「塔科馬大橋」經過4個月的渦振之後,大橋發生顫振並最終倒塌!
  • 虎門大橋兩次晃動是什麼原因導致?美國大橋曾因這個效應晃到斷裂
    從一些新聞媒體上我們了解到,大橋抖動是因為當時出現了較大的風力,而有些網友則表示不買帳,難道在設計橋梁的時候不對這方面進行測試的嗎?這裡就要講到流體力學中一種重要的現象——「卡門渦街效應」。這個效應最早是由德國科學家馮·卡門在研究動力學問題時發現的,用它來解釋大橋晃動現象應該是合適的選擇。那麼什麼是卡門渦街效應呢?
  • 虎門大橋因劇烈晃動而封閉?是因為天氣影響還是……
    5日下午,廣東虎門大橋發生異常抖動,不少過往群眾表示整個大橋像波浪一樣「起起伏伏」地搖晃,引發熱議。隨後,大橋管理部門封閉了大橋。小編認為這是一個非常典型的卡門渦街現象,罪魁禍首很有可能就是橋梁維護中安放的這一排水馬,一種用於分割路面或形成阻擋的塑制殼體障礙物。
  • 廣東虎門大橋晃動是什麼原理?美國塔科馬大橋曾被微風摧毀
    5月5日下午,廣東虎門大橋發生異常抖動,不少過往群眾表示整個大橋像波浪一樣「起起伏伏」地搖晃,各大平臺均熱議。官方回應:虎門大橋晃動原因:受主橋風速大影響產生渦振。據風力數據,發現虎門大橋站15-17時基本都有6-7級大風維持。一般瞬時風6-7級比較常見,持續兩個小時,還是比較少見的。
  • 怎麼會讓虎門大橋發生波浪式振動?
    又是怎樣使虎門大橋產生波浪式振動的?我們今天就來了解一下。 從流體的角度來分析,任何非流線型物體,在一定的恆定流速下,都會在物體兩側交替地產生脫離結構物表面的旋渦。相似的有卡門渦街效應。
  • 流體力學解釋虎門大橋的震動
    卡門渦街是流體力學中重要的現象,在自然界中常可遇到,在一定條件下的定常來流繞過某些物體時,物體兩側會周期性地脫落出旋轉方向相反、排列規則的雙列線渦,經過非線性作用後,形成卡門渦街。如水流過橋墩,風吹過高塔、煙囪、電線等都會形成卡門渦街。
  • 怎樣使虎門大橋產生波浪式振動的?
    又是怎樣使虎門大橋產生波浪式振動的?我們今天就來了解一下。 什麼是渦振 從流體的角度來分析,任何非流線型物體,在一定的恆定流速下,都會在物體兩側交替地產生脫離結構物表面的旋渦。相似的有卡門渦街效應。 卡門渦街原理圖 比如在水流中插一根木樁,在特定條件下木樁下遊的兩側,會產生兩道非對稱排列的旋渦。
  • 為什麼大橋會出現異常抖動?
    除了整齊的步伐之外,大風吹過橋梁也會造成大橋抖動,並有可能引發劇烈的共振現象,這涉及到卡門渦街效應。這就是卡門渦街效應,由現代宇航科技之父馮·卡門最早闡明原理。如果卡門渦街效應十分強烈,使得橋面振動幅度增大,最終達到橋梁的固有頻率。結果就會出現共振現象,橋梁將會發生劇烈的振動,從而導致橋梁垮塌,這在現實中有發生過。
  • 虎門大橋異常振動背後的原理:什麼是渦振和顫振?
    5月5日下午,廣東虎門大橋發生異常抖動。不少過往群眾表示,整個大橋像波浪一樣起起伏伏的搖晃引發熱議。隨後,大橋管理部門封閉了大橋。橋梁專家稱:本次橋梁振動屬於「渦振」現象,渦振是渦激振動的簡稱。是由於流體經過障礙物後的渦流周期性脫落而引發的橋梁共振現象。
  • 虎門大橋發生劇烈晃動,是因為天氣原因嗎?真正的罪魁禍首是它
    01虎門大橋為何會發生劇烈晃動?其中,虎門大橋作為連接廣州市南沙區與東苑市虎門鎮的一座跨海大橋,位於珠江口獅子洋至上,1997年建成通車至今,常年居於飽和狀態,成為兩地經濟發展的重要因素,並且始終都在平穩運行。
  • 虎門大橋激動得發抖?專家說:是橋梁渦振現象
    5月5日14時左右,廣東東莞虎門大橋受主橋風速大影響,產生渦振,橋面抖動厲害,橋上的汽車也隨著搖擺,好像波浪一樣,看著畫面讓人心驚膽戰。虎門大橋目前在封閉中。有網友開玩笑說:5月6號全國高速開始收費,虎門大橋很激動,顫抖不止。