嗷夜|4600米虎門大橋竟被風吹晃動,問題到底出在哪裡

2020-12-16 齊魯壹點

5日下午,廣東虎門大橋發生異常晃動,不少車主表示開車就像坐船,從監控視頻可以看出大橋有明顯起伏波動。隨後,大橋管理部門封閉了大橋,並對大橋晃動原因進行調查。近期以來,不止虎門大橋發生了晃動,4月26日晚,武漢鸚鵡洲長江大橋也發生了波浪般的晃動,引發了不少討論和擔憂。大橋為何會發生晃動?會不會影響橋體整體安全?

大橋振動肉眼可見,開車如坐船

「剛才的我真的嚇得抓緊把手,第一次有坐船的感覺,眼前的景象一上一下的晃動。」5日下午,不少網友在微博發文稱廣東虎門大橋發生異常波浪抖動,行車在虎門大橋橋面,有「爆胎」的感覺。

據據廣東省交通集團通報,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,大橋管理部門迅速啟動應急預案,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、省交通集團連夜組織國內12位知名橋梁專家召開專題視頻會議進行了研判。

為確保大橋交通安全萬無一失,虎門大橋管養單位已緊急開始對大橋進行全面檢查檢測,同時交通運輸部已組建專家工作組到現場指導。

當晚7點50分許,虎門大橋再次異常抖動,6日凌晨,通過實時監控畫面可以看到,大橋仍有肉眼可見的輕微振動。

這一幕相似的畫面也曾出現在4月26日晚的武漢鸚鵡洲長江大橋,多名車主反映,當時大橋橋體波浪般晃動不止,仿佛是坐船一般。

水馬改變橋體氣動外形,風漩渦帶動橋梁晃動

虎門大橋是廣深珠高速公路網的主要組成部分,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。

我國的橋梁大部分都會按百年規劃來設計,虎門大橋只有20多歲,尚很年輕,為何會發生異常晃動?根據專家組的初步判定,罪魁禍首很可能是由風。不過也有車主反映,當時橋面風力並不大,根據專家分析認為,現場風速為8米/秒左右,風力等級只有5級。並且,虎門大橋作為國家重點工程,處於颱風多發地帶,在設計之初就已經充分考慮這一因素,抗風係數很高。

問題出在哪裡?據虎門大橋維修辦公室副總工程師張鑫敏介紹,當時在做橋面全面檢修的工作,沿著護欄立柱,擺了一層水馬,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。

根據通報,武漢鸚鵡洲長江大橋振動也是特定風況引起的。2012年,央視《走近科學》欄目報導了港珠澳大橋模型進行的抗風試驗。該實驗用模擬的手法對港珠澳大橋是否會產生那種破壞性晃動進行測試,並找到晃動的原因和解決方案。

實驗發現,特定等級的風會形成的有節奏的漩渦,風漩渦作用於橋塔和橋梁,造成大橋晃動。要消除風的這種破壞性作用就必須在外形上去掉能形成風漩渦的結構。在分別對橋梁和橋塔進行試驗後,試驗者察覺到,橋梁底部背風面的檢修車軌道和橋塔的形狀是形成風漩渦的元兇。最後,實驗人員通過在檢修車軌道上加導流板和對橋塔迎風面的小小改造,將風漩渦引開、打散,使其無法形成節奏,從而消解了風的破壞性作用。

有專家表示,理論上發生渦振的概率比較低。渦振的發生,不一定需要風特別大,低速風也有可能,主要是風速和橋梁結構的自振頻率剛好吻合。

5日下午6點,虎門大橋將水馬撤掉,大橋渦振逐漸平緩,趨向停止。不過,當晚橋面再次發生異常晃動,目前關於第二次振動的原因正在調查。張鑫敏稱,之所以仍有抖動,可能是慣性的原因,渦振會慢慢自動消除。

風力不超設計範圍,不用擔心結構安全

不少網友關心,此次晃動會否影響虎門大橋的結構安全。據廣東省交通集團通報,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。

根據現有掌握的數據和觀測到的現象分析,虎門大橋懸索橋結構安全可靠,此次振動也不會影響虎門大橋懸索橋後續使用的結構安全和耐久性。

有專家介紹,橋梁結構振動會增大按靜力計算的內力和可能引起結構局部疲勞損傷,或會形成影響橋上行車的舒適與安全的振動變形和加速度,甚至是橋梁完全破壞。

1940年秋,美國塔科馬吊橋因風致振動導致橋梁扭轉顫振而破壞。風振也會影響橋梁的使用。風引起的振動,可能是主梁的振動,也可能是斜拉索振動,吊杆振動,這些振動不一定會導致橋梁垮塌,但是會影響橋梁運行的安全及人的感受。

中鐵四局集團市政工程有限公司總工程師周江認為,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。

實際上,為了實時了解橋梁的安全要素,現代橋梁一般都有健康監測與評估系統。這是一套軟硬體結合的系統,對橋梁的裂縫、航道、車流量、大橋的環境溫度、振動情況、移位情況等進行實時監測預警。

業內人士稱,虎門大橋也有一套這樣的監測系統,通過對橋的連續位移進行實時監測,了解橋梁結構在各種作用下的實際受力狀態和工作狀況;同時通過分析監測結果得到結構的振動參數,驗證結構的抗風、抗震設計,實現對大跨橋梁安全的實時監測。這位業內人士表示,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,為大橋的健康運營保駕護航。

除此之外,根據《城市橋梁養護技術標準》相關規定,大橋管理部門要對橋梁檢查進行經常性檢查,定期檢測和特殊檢測。經常性檢查根據橋梁的養護類別、養護等級和技術狀況分別制定巡檢周期,一般為1-7天檢查一次。

(齊魯晚報·齊魯壹點記者 時培磊 綜合 央視新聞、科技日報、上遊新聞等整理)

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