专访虎门大桥钢梁设计者之一郑凯锋：一连两座悬索桥异常抖动是否有关联？
5月5日，广东虎门大桥发生异常抖动，全桥路段已实施双向全封闭，禁止通行。而在4月26日，武汉鹦鹉洲长江大桥也出现过波动摇晃的现象。
▲虎门大桥发生异常抖动。图据网络
不到10天，一连两座悬索桥发生振动，这些振动是如何形成的？两者之间是否有关联？红星新闻记者专访虎门大桥钢梁的设计者之一，西南交通大学土木工程学院教授郑凯锋。
虎门大桥首次出现严重异常振动
不排除接下来一两日还会有轻微振动
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，位于珠江狮子洋之上，为珠江三角洲地区环线高速公路南部联络线的组成部分。该桥梁于1992年10月28日动工建设，于1997年6月9日建成通车。线路全长15.76千米，主桥全长4.6千米。
该桥钢梁的设计者之一、西南交通大学土木工程学院教授郑凯锋告诉红星新闻记者，该桥梁从1997年6月通车至今近23年，期间经历多次强台风，没有发生过如此严重的异常振动。而此次异常振动，在于近期桥梁维修施工，桥面两侧靠近护栏处摆放了隔离带（俗称“水马”），“这相当于在桥面增设两排矮墙，虽然不重，却影响了护栏的通透性，容易使特定风场作用在梁体产生涡振。2014年10月，韩国李舜臣悬索桥也发生过因摆放隔离带诱发的涡振。”
究竟什么是涡振呢？郑凯锋解释，通俗地说，风经过一个断面受阻后，会产生风的漩涡，在梁体局部形成风的漩涡后，由漩涡力的积累导致的梁体振动，即为涡振。
他认为，特定风场在特定梁体截面导致涡振是根本问题。特定风场无从控制，但是特定梁体截面一定程度上可控，此次异常振动与梁体截面上的施工隔离带有很大程度的关联，尽快拆除施工隔离带便能逐步减缓梁体振动。
据央视网消息，截至6日，虎门大桥的桥面已看不到明显的抖动。不过，大桥仍然处于双向交通管制状态，具体恢复通行的时间还没有确定，同时虎门大桥下的水域也已实行封航。
“当天撤掉隔离带后，直到晚上桥面有小幅度振动，都是正常的，因为之前涡振产生的能力还没有完全消散，不排除接下来一两日还会有轻微振动。”郑凯锋说。
两座悬索桥相继振动：
一个为竖向弯曲振动一个为扭转振动
广东交通集团5月6日发布通报称，5月5日，广东虎门大桥发生异常振动，此次振动主要原因，是沿桥跨边护栏连续设置水马，改变了钢箱梁的气动外形，在特定的风环境条件下，产生的桥梁涡振现象，悬索桥结构安全。
国内桥梁发生涡振并不是首次，就在4月26日，武汉市鹦鹉洲长江大桥也曾出现上下晃动。有武汉网友反映，在经过武汉鹦鹉洲大桥时感觉桥体如波浪般晃动。随后，该桥管养单位武汉市城投集团公司回应称，此次桥梁异常振动系特定风况引起，振幅在设计允许范围内；桥梁结构运行正常，安全有保障。
据了解，鹦鹉洲长江大桥是湖北省武汉市连接汉阳区与武昌区的过江通道，为武汉二环线组成部分之一。该桥始建于2010年8月，于2014年12月28日通车运营，线路全长3.42千米。
两座悬索桥前后发生振动，是否有关联呢？郑凯锋告诉红星新闻记者，两次振动纯属偶尔，没有任何关联。他称鹦鹉洲长江大桥振动较轻，并表示两者的区别在于，虎门大桥梁体是竖向弯曲振动，而鹦鹉洲长江大桥梁体是轻微扭转。
据郑凯锋进一步分析，武汉鹦鹉洲长江大桥梁体为开口截面组合梁，抗扭刚度较小，风致振动，出现的为轻微扭转振动；而虎门悬索桥属于闭口截面钢箱梁，梁体扭转刚度较大，发生扭转振动的可能性小，同时梁很宽、横向弯曲刚度大，也不可能发生横向弯曲振动，但是其梁高小，竖向弯曲刚度较低，容易发生竖向弯曲振动，此次异常振动就是这种情况。
虎门桥梁体扭转刚度远大于塔科马桥
极大概率不可能发生风致桥毁事件
近段时间，桥梁涡振相关话题备受关注，一段“塔科马海峡吊桥风致桥毁”的视频在网上热传。视频显示，在1940年，塔科马海峡吊桥建成，但在四个月后，刮起一阵大风，桥面如海浪般不断波动，顷刻间垮塌。
▲塔科马海峡吊桥垮塌。图据《商业内幕》
对此，郑凯锋称，如前面所述，虎门桥梁体扭转刚度远大于塔科马桥的刚度，所以，极大概率不可能发生风致桥毁事件，公众无需紧张和恐慌，更不必引发极端联想。
▲一个摄制组正好拍下塔科马海峡吊桥波浪起伏的画面。图据VICE
郑凯锋表示，特定风场导致梁体振动有三种可能：第一，如果梁体抗扭刚度大，就不会发生扭转振动，但可能出现竖向弯曲或横向弯曲振动；第二，如果梁体抗扭刚度较弱，则可能出现扭转振动；第三，个别梁体抗扭刚度更弱，则可能出现扭转振动进一步扩散，导致梁体由局部断裂发展为整体垮塌。第三种则为塔科马海峡吊桥出现的情况。
“涡振是一种偶然现象，只要振幅在设计允许范围内，桥梁结构运行便正常。”郑凯锋称，而风致桥梁振动是相对复杂的空气动力学问题，世界多座桥梁都出现过，为此，在1993年桥梁设计中，设计部门公规院委托北京大学和同济大学等进行钢箱梁截面风洞试验研究，结果均表明其空气动力性能良好。
但是郑凯锋认为，此次梁体异常振动也提醒其它桥梁的管理部门，类似于摆放施工隔离带、改变梁体断面特性的临时措施需要慎重。
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发表于 2020-5-8 08:05
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