2020-05-06 23:02 來源：澎湃新聞·澎湃號·政務
這個五一勞動節，註定是「不一樣」的節日。
過去幾個月，新冠肺炎疫情突如其來，14億人守望相助，交出全球戰「疫」的「中國答卷」。春去夏入，綠透了，風輕雨潤萬物蓬勃生機。疫情的陰霾逐漸散去，田間地頭、工廠車間，樓宇商超，復工復產，如火如荼，隨處可見激情奔湧的「後浪」,隨處可聽「奮鬥者」的聲音。
「不一樣」的還有一座「起起伏伏晃動」的大橋。5月5日下午14時許，位於廣東省內的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。大橋所屬管理部門聯合交警部門及時採取了雙向交通管制措施。
經專家組初步判斷，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。後續研判認為，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。
當地主管部門發布通告稱，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。
虎門大橋系國家重點工程
多項技術曾獲創新大獎
虎門大橋位於珠江口獅子洋上，是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，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，車流量大，常處於飽和狀態。
投資近30億元的虎門大橋是國家重點工程，是我國第一座真正意義上的大規模現代化懸索橋。虎門大橋建設規模大，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。虎門大橋項目曾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。
橋梁的「渦激共振」
毀壞最厲害的形式是「顫振」
虎門大橋屬懸索橋（即吊橋），其主要承重構件是懸索，懸索主要承受拉力，一般用抗拉強度高的鋼材（鋼絲、鋼纜等）製作，對於懸索橋來說，抗風性的處理是尤為關鍵的，此次發生的「渦激共振」現象與這個有關。
橋梁的「渦激共振「，又稱「渦振」，是一種只會在低風速下產生的兼有自激振動和強迫振動特性的有限振幅振動。簡單來說，就是橋梁自身的振動結構，和氣流對橋梁所形成的作用，相互限制，形成一個反饋作用，產生一種限制。
橋梁專家分析認為，橋梁遇到特殊風況會晃動是正常的，一般遇到旋渦風橋面晃動比較大。不久前長江鸚鵡洲大橋也出現類似現象。此次虎門大橋橋梁兩側增加了施工期間的水馬設施，橋面有明顯的大振幅周期性振動，是由於風度過大導致的振動。
學術上因江面大風導致橋梁震動的形式分顫振、抖振、渦激共振等形式，顫振屬于振幅發散振動的形式對橋梁結構有大的損害，如美國塔科馬大橋的垮塌就屬於該種形式的振動。而渦激共振在大跨徑柔性橋梁也曾經發生過，如日本的東京灣大橋曾發生過渦激共振。
歷史上有橋梁發生過「渦振」現象
美國塔科馬海峽大橋因「渦振」發生垮塌
塔科馬海峽大橋位於美國華盛頓州，1940年7月1日通車，四個月後卻在18m/s的低風速下顫振而破壞，這戲劇性的一幕正好被一支攝影隊拍攝了下來，該橋因此聲名大噪。事實上，該橋僅在啟用後的幾個星期，橋面便開始出現擺動，平日裡的微風便能讓它「隨風起舞」，碰上大風天，橋面的擺動甚至可達2米之多，該橋也因此被當地居民稱為「舞動的格蒂」。
塔科馬大橋的設計師，系大名鼎鼎的舊金山金門大橋的設計師之一裡昂·莫伊塞弗，他認為斜拉索大橋主纜本身可以吸收一半來自風的壓力，橋墩和索塔也可以透過傳導分散這些能量，於是大橋主梁從原先的7.6米縮減為2.4米。但材料上的「縮水」並非大橋坍塌的主要原因，真正讓大橋瓦解的元兇，是工程設計上的局限——當時的土木工程師沒有預見到空氣動力給橋梁帶來的共振影響。該橋的風毀事故立即震動了世界橋梁界，從此也引發了科學家們對橋梁風致振動問題的廣泛研究。
東京灣大橋發生過「渦振」
日本東京灣通道橋主橋為10跨一聯的鋼箱梁連續梁橋，最大跨度240m，在16~17m/s的風速下發生了豎向渦激振動，跨中振幅達50cm。這是由於氣流經過鈍體橋梁結構時產生分離，形成了周期性的旋渦脫落，並產生作用於橋梁上的周期性氣動力，當旋渦脫落頻率接近於橋梁的某個固有頻率時，就激發了橋梁的渦激共振。
雖然渦激共振不會像顫振一樣引起橋梁毀滅性的破壞，但頻繁持續的渦振會造成橋梁構件疲勞破壞，並引起行人和行車不舒適，因此避免渦激共振也是橋梁抗風設計的重點之一。確定橋梁渦激共振的鎖定風速範圍和最大振幅的有效手段是節段模型風洞試驗，而抑制渦振發生的最好辦法就是通過風洞試驗選取理想的橋梁截面形式。
俄伏爾加河大橋「蛇形共振」
2010年5月19日晚，俄羅斯首都莫斯科南方的伏爾加格勒過河大橋發生離奇擺動，鋼筋混凝土構建的大橋竟呈波浪形翻滾，整個橋體也出現了較為明顯的左右晃動，並發出震耳欲聾的聲音，正在橋上行駛的車輛也在滾動中跳動。大橋振動停止後，專家檢查了橋梁各處道路和圍欄等，發現橋梁無裂紋，無損傷。工程師在初步檢查後認為，這種現象可能是受地震影響，或是大橋橋墩受到洪水衝擊所導致。俄羅斯著名橋梁專家阿納託利則表示，這種現象是由於風波動和負載所共振而引發的。
綜合編輯
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原標題：《「隨風舞動」的虎門大橋到底咋了，值得你了解的橋梁「渦激共振」現象！》
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