一夜之間，大家都知道了一個(gè)詞——渦振

來(lái)源：南都周刊，作者：趙垠垠

5月5日下午14時(shí)許，連接珠江兩岸的廣東虎門大橋出現(xiàn)異常抖動(dòng)，且抖動(dòng)幅度較大，呈波浪式上下晃動(dòng)，引得不少網(wǎng)友驚呼“沒(méi)想到橋梁還可以抖動(dòng)得這么厲害”。下午16時(shí)34分起，虎門大橋持續(xù)實(shí)施雙向全封閉。

6日凌晨，廣東省交通集團(tuán)通報(bào)稱，專家組判斷，虎門大橋5日發(fā)生振動(dòng)系橋梁渦振現(xiàn)象，并認(rèn)為懸索橋結(jié)構(gòu)安全可靠，不會(huì)影響虎門大橋后續(xù)使用的結(jié)構(gòu)安全和耐久性。另?yè)?jù)新華社報(bào)道，6日凌晨，從虎門大橋管理中心實(shí)時(shí)監(jiān)控畫面看到，大橋仍有肉眼可見(jiàn)的輕微振動(dòng)。

對(duì)于很多人而言，大橋肉眼可見(jiàn)的晃動(dòng)實(shí)屬罕見(jiàn)，驚心動(dòng)魄之余，其背后的原因以及對(duì)大橋安全性的影響成為了大家最關(guān)注的話題。

虎門大橋?yàn)楹握駝?dòng)？

橋梁專家、華南理工大學(xué)土木與交通學(xué)院教授顏全勝昨日在接受《南都周刊》采訪時(shí)表示，“這是一個(gè)正常的現(xiàn)象，一般而言，我們稱之為‘渦振’，特殊風(fēng)況加上柔性橋梁，就容易產(chǎn)生這種晃動(dòng)，振動(dòng)幅度有大有小?！边@一說(shuō)法，與廣東省交通集團(tuán)發(fā)布的專家組說(shuō)法一致。

據(jù)南方都市報(bào)報(bào)道，廣東省交通運(yùn)輸廳、省交通集團(tuán)昨日連夜組織國(guó)內(nèi)12位知名橋梁專家召開(kāi)專題視頻會(huì)議，對(duì)虎門大橋橋面振動(dòng)現(xiàn)象進(jìn)行了研判。

昨晚，路橋工作人員在虎門大橋上勘察。（圖源：南方都市報(bào)）

專家組初步判斷，虎門大橋懸索橋本次振動(dòng)主要原因是，由于沿橋跨邊護(hù)欄連續(xù)設(shè)置水馬，改變了鋼箱梁的氣動(dòng)外形，在特定風(fēng)環(huán)境條件下，產(chǎn)生的橋梁渦振現(xiàn)象。大跨徑懸索橋在較低風(fēng)速下存在渦振現(xiàn)象，振動(dòng)幅度較小不易察覺(jué)，僅在特殊條件下會(huì)產(chǎn)生較大振幅，不影響橋梁結(jié)構(gòu)安全，會(huì)影響行車體驗(yàn)感、舒適性，易誘發(fā)交通安全事故。

專家初步判斷虎門大橋振動(dòng)原因：水馬改變氣動(dòng)外形產(chǎn)生渦振。

橋梁風(fēng)工程研究專家葛耀君解釋道：當(dāng)前虎門大橋正在修吊桿和主纜，橋梁兩邊為防止車撞放置了臨時(shí)擋墻，也就是俗話說(shuō)的水馬，水馬改變了橋梁外形，原來(lái)橋梁結(jié)構(gòu)是非常流線型的，加了（水馬）就變得非常鈍體了，所以容易引起渦振。他估計(jì)這次振動(dòng)幅度為幾公分或者十幾公分，雖然看上去振動(dòng)很大，但橋梁強(qiáng)度安全性沒(méi)有問(wèn)題。葛耀君表示，橋梁振動(dòng)會(huì)讓人覺(jué)得不舒服，車開(kāi)上去也會(huì)有危險(xiǎn)，所以要暫停車輛通行。解決辦法就是，加了什么拿掉什么，短時(shí)間內(nèi)或還會(huì)有振動(dòng)，因?yàn)槟芰窟€沒(méi)耗散掉。

那么，什么是渦振呢？

渦振，又稱渦激振動(dòng)，是橋梁結(jié)構(gòu)的一種風(fēng)致振動(dòng)形式。當(dāng)近地風(fēng)繞過(guò)橋梁時(shí)，可能會(huì)讓橋梁上下或左右出現(xiàn)壓力變化，這一股力量可能會(huì)引起結(jié)構(gòu)有限振幅的振動(dòng)，這就是渦振。

什么叫渦振？

虎門大橋大修辦公室相關(guān)負(fù)責(zé)人回應(yīng)

至于顏教授提到的天氣因素，根據(jù)廣州市氣象局官方微博@廣州天氣 于5日晚發(fā)布的微博，“虎門大橋因受主橋風(fēng)速大影響，虎門大橋站15-17時(shí)基本都有6-7級(jí)大風(fēng)維持。一般瞬時(shí)風(fēng)6-7級(jí)比較常見(jiàn)，持續(xù)兩個(gè)小時(shí)，還是比較少見(jiàn)的?！?/p>

一般而言，6-7級(jí)大風(fēng)的強(qiáng)度大概能使陸地大樹(shù)搖動(dòng)，迎風(fēng)步行明顯感覺(jué)不便，舉傘困難。

管青海等學(xué)者在論文《欄桿對(duì)典型橋梁斷面渦激振動(dòng)的影響研究》中，通過(guò)風(fēng)洞試驗(yàn)分別研究了有無(wú)欄桿橋梁斷面的渦激振動(dòng)，經(jīng)對(duì)比研究發(fā)現(xiàn)，裸梁斷面沒(méi)有發(fā)生渦激振動(dòng)；而有欄桿斷面則發(fā)生了明顯的豎向渦激振動(dòng)現(xiàn)象。

公開(kāi)資料顯示，虎門大橋于1999年竣工正式投入使用，至今已經(jīng)運(yùn)營(yíng)20余年。這一大橋是廣深珠高速公路上的特大橋梁，主航道橋是我國(guó)第一座現(xiàn)代化公路懸索橋。作為珠江三角洲高速公路網(wǎng)的重要組成部分，虎門大橋?qū)χ槿堑慕?jīng)濟(jì)發(fā)展、人口流動(dòng)有著重要的溝通作用。

虎門大橋全長(zhǎng)4588米，日均飽和標(biāo)準(zhǔn)車流量為8萬(wàn)輛，而2016年其交通量換算成標(biāo)準(zhǔn)小客車為每日14.19萬(wàn)輛，飽和度達(dá)到1.77倍。車流量的激增不僅說(shuō)明了珠江口經(jīng)濟(jì)高速成長(zhǎng)，也同樣表明，虎門大橋長(zhǎng)期處于高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。

因此，為緩解交通高負(fù)荷壓力，其姊妹橋南沙大橋于2003年投入建設(shè)，并已于2019年4月2日通車。

最近半月內(nèi)，大橋晃動(dòng)并不是第一次進(jìn)入人們的視野。與虎門大橋同為懸索橋的武漢鸚鵡洲大橋，也曾于上月26日下午5時(shí)許出現(xiàn)橋體明顯上下起伏，橋面呈波浪形晃動(dòng)的現(xiàn)象。

據(jù)武漢橋梁處在微博發(fā)布的聲明稱，“（武漢鸚鵡洲大橋）此次橋梁異常振動(dòng)系特定風(fēng)況引起，振幅在設(shè)計(jì)允許范圍內(nèi)?！?從這一解釋看來(lái)，兩橋晃動(dòng)原因相似，都是懸索橋遇特殊風(fēng)況。

其實(shí)中外歷史上，大橋晃動(dòng)的事件并不少見(jiàn)。丹麥大帶橋（Great Belt）橋東引橋、 英國(guó)的塞文二橋（Second Severn Crossing）和日本東京灣橋等都曾出現(xiàn)過(guò)大幅渦振。

重慶千廝門大橋

日本東京灣橋

不過(guò)，并不是所有的強(qiáng)風(fēng)帶來(lái)的振動(dòng)都以“平安無(wú)事”作為結(jié)局。

1940年，美國(guó)中跨為 853米的塔科馬海峽吊橋（Tacoma Narrows Bridge）由于風(fēng)的動(dòng)力作用而不幸垮橋。悲劇發(fā)生后，美國(guó)空氣動(dòng)力學(xué)家西奧多·馮·卡門（Theodore von Karman）在加州理工學(xué)院風(fēng)洞進(jìn)行模型測(cè)試，發(fā)現(xiàn)該吊橋倒塌的原因是因?yàn)槠錁蛎婧穸炔蛔?，在受到?qiáng)風(fēng)的吹襲下引起“卡門渦街”，使橋身擺動(dòng)；當(dāng)卡門渦街的振動(dòng)頻率和吊橋自身的固有頻率相同時(shí)，引起吊橋劇烈共振而崩塌，后來(lái)這一事件也成為研究空氣動(dòng)力學(xué)卡門渦街引起建筑物共振破壞力的活教材。

（圖片來(lái)源：wikipedia視頻截圖）

在此之后，新的吊橋設(shè)計(jì)必須經(jīng)過(guò)風(fēng)洞模型實(shí)驗(yàn)，新橋梁的道床厚度增至10米，并在路面上加入氣孔，防止卡門渦街的產(chǎn)生。

據(jù)許福友等學(xué)者的論文《大跨度橋梁渦激振動(dòng)研究進(jìn)展與展望》，渦振雖然不會(huì)像顫振一樣導(dǎo)致橋梁災(zāi)難性的破壞，但是它發(fā)生風(fēng)速低、頻率高，有可能導(dǎo)致桿件裂紋或疲勞破壞，影響行車的舒適性和安全性。

現(xiàn)代橋梁結(jié)構(gòu)越來(lái)越往長(zhǎng)、細(xì)、輕、柔與低阻尼方向發(fā)展，對(duì)風(fēng)的作用更加敏感。由于這一問(wèn)題的普遍性，所以當(dāng)前的橋梁設(shè)計(jì)中更要注重大跨度橋梁強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性抗風(fēng)設(shè)計(jì)。

最后，帶大家認(rèn)識(shí)一些

世界著名的懸索橋↓↓

日本明石海峽大橋 主跨1990米

中國(guó)武漢楊泗港長(zhǎng)江大橋 主跨1700米

中國(guó)舟山西堠門大橋 主跨1650米

中國(guó)香港青馬大橋 主跨1377米

丹麥大伯爾特橋 主跨1624米

中國(guó)江蘇省潤(rùn)揚(yáng)長(zhǎng)江斜拉橋 主跨1490米

英國(guó)亨伯爾橋 主跨1410米

中國(guó)江蘇省江陰長(zhǎng)江公路大橋 主跨1385米

美國(guó)維拉扎諾橋 主跨1298米

美國(guó)金門大橋 主跨1280米

參考文獻(xiàn):

http://economy.southcn.com/e/2017-06/27/content_173300408.htm

管青海， 李加武， 胡兆同， 劉健新 《欄桿對(duì)典型橋梁斷面渦激振動(dòng)的影響研究》

許福友，丁 威，姜 峰，張 哲 《大跨度橋梁渦激振動(dòng)研究進(jìn)展與展望 》

https://zh.wikipedia.org/wiki/%E8%99%8E%E9%97%A8%E5%A4%A7%E6%A1%A5

https://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%A1%94%E7%A7%91%E9%A6%AC%E6%B5%B7%E5%B3%BD%E5%90%8A%E6%A9%8B

https://static.cdsb.com/micropub/Articles/202005/2262287f038e35e687de8537d78ad4fe.html

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原標(biāo)題：《就是因?yàn)樗?！虎門大橋波浪式振動(dòng)的權(quán)威解釋來(lái)了》

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