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虎门大桥振动,专家初步分析是因为它!

来源:中国公路 时间:2020-05-11

广东省交通集团通报称,5月5日下午14时许,虎门大桥悬索桥桥面发生明显振动,桥面振幅过大影响行车舒适性和交通安全。

大桥管理部门联合交警部门及时采取了双向交通管制措施,广东省交通运输厅、广东省交通集团连夜组织了国内12位知名桥梁专家召开专题视频会议进行了研判。

目前,虎门大桥管养单位已紧急开始对大桥进行全面检查检测,大桥继续施行双向封闭。交通运输部已组建专家工作组到现场指导。

限幅涡振

不会对桥体的刚性结构产生影响

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,因为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。

广东省交通集团通报称,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。

对此,我国桥梁结构专家葛耀君称,虎门大桥的震动并不会对桥体的刚性结构产生影响,也在安全范围之内。同时武汉大学土木建筑学院教授方正也表示,悬索桥在设计时会有一个抖动的安全范围,“肉眼可见的上下起伏,也是正常的,只要在一定范围内就不会影响行车安全”。

桥梁涡振是指在平均风作用下,有绕流通过实腹梁桥断面后交替脱落的涡旋引起的振动。桥梁涡振研究是空气动力学的一个分支学科。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(风洞试验)的方法,以近似地估算涡激共振的振幅。

减小涡振振幅的方法有:提高结构阻尼和附加整流板(fairing),但后者还未能从理论上加以解释。

桥梁安全

抗风系数高,设计时已充分考量

投资近30亿元的虎门大桥是国家重点工程,拥有多项国内或国际先进水平工程技术和工艺,是我国第一座真正意义上的大规模现代化悬索桥,被认为标志着二十世纪中国桥梁建设的最高成就。

虎门大桥是广东省境内一座连接广州市南沙区与东莞市虎门镇的跨海大桥,是广深珠高速公路网的主要组成部分,因其连接珠江两岸,沟通深圳、珠海等重要城市,是广东沿海地区的重要交通枢纽。虎门大桥于1992年动工建设;1997年建成通车;1999年通过竣工验收。

“尽管虎门大桥地处台风多发地带,但是在设计之初已经充分考虑这一因素,抗风系数肯定是很高的。众所周知,桥梁安全最怕的是发生共振,但是这些因素在设计之初也都已经充分考量并避免”。深圳移步设计公司建筑设计师贾永曾长期从事桥梁设计工作,他表示,“虎门大桥到现在不过20年的时间,我国的桥梁大部分都会按百年规划来设计,所以不太可能是设计缺陷”。

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图片来源:光明日报

虎门大桥建设期间,我国的大跨径现代悬索桥技术可以说是空白阶段,没有现成的施工技术标准和设计规范。诸如悬索桥的设计、抗风稳定、大型铸件的制造、簿板超宽型加劲钢箱梁的制作与焊接、大型施工专用设备、施工架设、施工控制等都需要靠中国团队自主设计、解决。虽然中国早期曾有大跨连续刚构桥的设计施工经验,但面对虎门大桥的更大跨径,还需解决设计中结构轻型化带来的某些关键技术。

从后来的情况来看,中国的工程师们很好地完成了设计和建造工作,业内普遍认为虎门大桥在我国桥梁史上有特殊的地位,不仅因为它重要的地理位置,更是因为其建设规模大,结构新颖,受外界环境影响大,无论是设计还是施工均为国内首次尝试。正因为如此,虎门大桥项目不仅获得詹天佑土木工程大奖,更有数项技术获广东省科技进步奖和国家科技进步奖。

实时监测

对多方面情况进行数据采集和分析

桥梁的安全,包括抗震和抗风都是在设计和建造中的关键要素。一般情况下,桥梁有轻微的晃动是正常的,但是如果幅度非常大就要引起注意。为了实时了解桥梁的安全要素,现代桥梁一般都有健康监测与评估系统。

这是一套软硬件结合的系统,对桥梁的裂缝、航道、车流量等多方面情况,进行数据采集和分析,同时对大桥的环境温度、混凝土应力应变、震动情况、移位情况等进行实时监测预警。

业内人士表示,虎门大桥也有一套这样的监测系统,通过对桥的连续位移实时监测,了解桥梁结构在各种作用下的实际受力状态和工作状况,评价结构的力学特性和在设计荷载作用下的工作性能。同时通过对监测结果分析得到结构的振动参数,验证结构的抗风、抗震设计,实现对大跨桥梁的安全实时监测。

交通管制

大桥解封时间还有待确定

从5日15时20分开始,虎门大桥公司联合交警对主线、太平立交站、威远A站、南沙B站入口实施全封闭交通管制;并对广珠东线、广珠北段、广深沿江高速、广深高速等相关路段进行远端分流。

16时06分,虎门大桥公司启动《虎门区域跨江大桥应急保畅通联动预案》一级响应,太平立交站、威远A站、南沙B站入口均实施全封闭交通管制,往广珠东高速方向车辆分流至威远B站出口、往广深高速方向车辆分流至南沙A出口下高速。

后续大桥解封时间还有待确定。

据了解,广东海事局与广东省交通运输厅商定,已于5月5日18:15实行临时水上交通管制,从19时起,对虎门大桥附近通航水域实施封航。

绕行指引

据悉,虎门交警已调派大量警力在现场指挥疏导交通,分流车辆向莞佛高速、沿江高速行驶,请广大驾驶员及时绕行,听从交警指挥,遵守交通规则。


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车辆绕行虎门大桥行驶线路

一、自东往西方向:

(一)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;

(二)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;

(三)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;

(四)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;

(五)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;

(六)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。

二、自西往东方向:

(一)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。

(二)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。

(三)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。

(四)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。

链接

国外案例

美国:塔科马海峡大桥

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。这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。

俄罗斯:伏尔加河大桥

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。

日本:东京湾大桥

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。桥梁专家分析,这是由于气流经过钝体桥梁结构时产生分离,形成了周期性的旋涡脱落,并产生作用于桥梁上的周期性气动力,当旋涡脱落频率接近于桥梁的某个固有频率时,就激发了桥梁的涡激共振。

【编辑:任燕 QQ:360638367;TEL:13146474233】
【审核:耿茁、孙婧】

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