虎门大桥异常抖动原因已初步查明!解释来了!

广东科普
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5月5日下午14时许,虎门大桥悬索桥桥面发生明显振动,不少过往群众表示整个大桥像波浪一样“起起伏伏”地摇晃,引发热议。

事发后,大桥管理部门迅速启动应急预案,联合交警部门及时采取了双向交通管制措施。

一图看懂,虎门大桥涡振24小时滑动查看更多↓

虎门大桥发生了什么?

会不会如世界末日一般“桥梁断裂”?

赶紧跟科普君一起了解一下

虎门大桥为何振动

12位专家连夜研判

虎门大桥悬索桥桥面发生明显振动,广东省交通运输厅、省交通集团连夜组织国内12位知名桥梁专家召开专题视频会议进行了研判。

专家组初步判断,虎门大桥悬索桥本次振动主要原因是,由于沿桥跨边护栏连续设置水马,改变了钢箱梁的气动外形,在特定风环境条件下,产生的桥梁涡振现象。

什么是涡振现象?

当大气边界层中近地风绕过桥梁时,可能会产生流动分离和周期性的旋涡脱落,使结构上下或左右两侧表面出现交替变化的正负压力和力矩,称为涡激力。涡激力可能会引起结构横风向或扭转方向有限振幅的振动,称为涡激振动,简称涡振。

桥梁涡振是一种兼有自激振动和强迫振动特性的有限振幅振动,它在一个相当大的风速范围内,可保持涡激频率不变,产生一种“锁定”(lock-on)现象。桥梁涡激共振的有限振幅计算是一个十分重要但又异常困难的问题,目前国内外还没有形成一套比较完整的桥梁涡振分析理论。实用上,采用一种半理论半实验的方法,以近似地估算涡激共振的振幅。

为何引发?

据广州市气象局官方微博@广州天气,5月5日15时20分,虎门大桥因受主桥风速大影响,产生涡振。出现异常抖动。观察风力数据发现虎门大桥站15-17时基本都有6-7级大风维持。一般瞬时风6-7级比较常见,持续两个小时,还是比较少见的。

在综合了哈尔滨工业大学深圳校区柳成荫、肖仪清和顾磊等老师意见后,专家分析认为,现场风速达到8m/s左右,引发桥梁限幅涡振。据悉,目前,虎门大桥正在维修施工中,桥面加了1.2米高的挡墙(水马),从而破坏了断面流线型引发涡振。目前,挡墙正在拆除。

桥体是否受损?

大跨径悬索桥在较低风速下存在涡振现象,振动幅度较小不易察觉,仅在特殊条件下会产生较大振幅,不影响桥梁结构安全,会影响行车体验感、舒适性,易诱发交通安全事故。

根据现有掌握的数据和观测到的现象分析,虎门大桥悬索桥结构安全可靠,此次振动也不会影响虎门大桥悬索桥后续使用的结构安全和耐久性。

虎门大桥为何“涡振”?专家、校长齐解惑

历史那些涡振现象

此次虎门大桥发生的涡振现象,在其他地方也曾发生过。

1940年7月1日,美国华盛顿州的塔科马海峡大桥通车,同年11月,大桥在18m/s的低风速下振摆并最终坍塌。当时的情况非常吓人,大桥疯狂扭转振动,30分钟后第一块路面开始坠入水中,接着近200米长的路面断开落水,所幸没有人员伤亡。

这戏剧性的一幕正好被一支摄影队拍摄了下来,并引发了桥梁学家们对风力致使桥梁振动问题的广泛研究,其中冯·卡门在《空气动力学的发展》一书中分析:塔科玛海峡大桥的毁坏,是桥上竖直方向的挡风结构板引起了周期性旋涡,并引发共振所致。

塔科马海峡大桥的坍塌事件,是20世纪最严重的工程设计错误之一,也是所有工程学科教学中都绕不开的经典案例。

2010年5月19日,俄罗斯伏尔加河大桥发生“波浪式起伏”,钢筋混凝土构建的大桥竟呈波浪形翻滚,振幅高达40-70cm,整个桥体也出现了较为明显的左右晃动,并发出震耳欲聋的尖锐声。俄罗斯桥梁专家认为,这种现象是由于风波动和负载所共振而引发的。

此外,日本东京湾大桥也曾发生涡振现象。此大桥最大跨度240m,在16~17m/s的风速下发生了竖向涡激振动,跨中振幅达50cm,在桥面的汽车如在摇摇板上往复晃动。

虽然涡振不会像颤振一样引起桥梁毁灭性的破坏,但频繁持续的涡振会造成桥梁构件疲劳破坏,并引起行人和行车不舒适。因此,如果遇到类似情况,请赶快撤离桥面。

交警发布绕行路线指引

截至目前,虎门大桥桥面已基本恢复常态。为确保大桥交通安全万无一失,虎门大桥将继续封闭双向交通。

虎门大桥实施双向全封闭,莞佛高速西行威远出口主线全封进行分流;

西行虎门入口和威远入口封闭。沿江高速南北行转虎门大桥西行匝道全封;

广深高速南行虎门出口转虎门大桥直通车道、北行新虎门出口转虎门大桥匝道全封和分流。

对此,科普君也准备了一份车辆绕行虎门大桥行驶线路指南:

一、自西往东方向:

① 从珠海、中山方向需往东莞、深圳的车辆,可行驶广珠东线——广珠北线——南沙大桥——广深沿江高速(南行)往东莞、深圳方向,或广龙高速——广深高速往东莞、深圳方向。

② 从珠海、中山方向需往东莞、深圳的车辆,可行驶广珠西线——南二环高速——南沙大桥——广深沿江高速(或广龙高速——广深高速)往东莞、深圳。

③ 佛山、顺德方向需往东莞、深圳的车辆,可行驶南二环高速——南沙大桥——广深沿江高速(或广龙高速——广深高速)往东莞、深圳。

④ 佛山、顺德方向需往东莞、深圳的车辆,可行驶广明高速——东二环高速——黄埔大桥——广深沿江高速——往东莞、深圳方向。

二、自东往西方向:

① 广深高速公路——广龙高速公路——南沙大桥——往广州(南沙)、中山方向;

② 广深沿江高速公路——广龙高速公路——南沙大桥——往广州(南沙)、中山方向;

③ 莞佛高速公路——新联支线——广深高速公路——广龙高速公路——南沙大桥——往广州(南沙)、中山方向;

④ 莞佛高速公路——广深高速公路——广龙高速公路——南沙大桥——往广州(南沙)、中山方向;

⑤ 莞佛高速公路虎门威远入口——绕行广深沿江高速公路——广龙高速公路——南沙大桥——往广州(南沙)、中山方向;

⑥ 莞佛高速公路虎门大宁入口——绕行广深高速公路——广龙高速公路——南沙大桥——往广州(南沙)、中山方向。

如果近期有规划经过此路线

记得提前选择合适的路线绕行~

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