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虎门大桥何时恢复通车?答案来了!

更新时间:2020-07-04 18:07点击:

  日发生的振动系桥梁涡振现象,并认为悬索桥结构安全可靠,不会影响虎门大桥后续使用的结构安全和耐久性。

  6日凌晨,虎门大桥管理中心实时监控画面显示,大桥仍有肉眼可见的轻微振动。

  根据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。

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

  广东省交通集团通报说,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。

  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,桥面加的1.2米高的挡墙(水马)也正在拆除。

  注意了,广东省交通集团的通报用语比较官方,但仔细看看,这份通报内已透出“偶然事件”“事儿不大”和“大家放心”的字眼了。

  先科普一下,从建筑和桥梁的抗震角度而言,虎门大桥晃动,其实是一种正常的现象,只不过平时摆动频率小,大家感觉不深而已。

  1940年7月4日,美国跨度853米的塔克马大桥,在大约19米/秒风速下,发生了强烈的摆动而坍塌。

  当时在工程上,桥梁工程师们几乎不了解结构共振的危险性,建造时也无法考虑相关因素。至于“偷工减料”这词,人家当然不愿背锅。

  塔克马大桥的坍塌震动了世界桥梁界,从而引发了科学家们对桥梁风至震动问题的研究。

  而这种震动一般只会发生在悬索吊桥身上,就是大家通常看到的两个大柱子,然后用各种各样的钢缆去拉着桥面的那种桥。

  比如说虎门大桥和港珠澳大桥,都属于种桥。悬索吊桥的优点在于造型优美造价低,用的材料比较少。

  在悬索吊桥之前,所有老式的桥都有非常多的桥墩,这种老式的桥虽然桥墩多造价高,但只需要考虑桥的载重问题。

  而悬索吊桥不仅要考虑载重问题,还需要考虑侧风对桥梁的影响——桥面本身是悬空的,支撑桥面的只有一根根钢索。

  这涉及到我们高中物理所学到的一个东西——共振。平时,我们看到的物体,都是静态的,其实每一个小分子都在震动,而不同的物体都有不同的分子元素。所以我们生活中没有一个部件,都有一个震动的频率。

  拿一个很简单的例子,比如荡秋千,如果是顺着频率去荡,那这个人就会越荡越高,。所以后来科学家们分析,塔克马大桥坍塌的原因,就是桥本身的摇摆自带一定的频率,但这个幅度并不足以把桥弄塌。

  背后补刀的是当天的这个风,风不仅仅在桥的两边产生了涡流,而且给予桥的力的频率,正好吻合了桥本身的震动频率。

  简单点讲就是风从和桥平行的方向吹过去,因为桥上下不是一样平,所以风吹过产生的力不是一样大的,可能桥面上的力大,桥下力小,当力大到一定程度,桥发生了摇晃。

  这与飞机飞行的原理一样,大家可以将桥面看作成飞机的机翼,风吹过的时候不仅仅可能产生涡流,有时候可能会产生升力。

  如今在中国,几乎每一座悬索桥建造时,都要经过桥梁风洞测试。风形成的有节奏漩涡,是造成桥梁晃动的原因,桥梁专家就十分注意风对桥梁的影响分析。

  最著名的例子就是港珠澳大桥。港珠澳大桥是连接香港、珠海、澳门的跨海大桥,它地处伶仃洋海域,平均每年遭遇1.8次台风,风的条件比较恶劣。

  要消除风对港珠澳大桥的这种破坏性作用,就必须在外形上去掉能形成风漩涡的结构。

  此后,一个针对港珠澳大桥模型进行抗风能力测试的实验在西安交大校风洞实验室展开。该实验用模拟的手法对港珠澳大桥是否会产生那种破坏性晃动进行测试,并找到晃动的原因和解决方案。

  在分别对桥梁和桥塔进行试验后,试验者们察觉到,桥梁底部背风面的检修车轨道和桥塔的形状是形成风漩涡的元凶。

  为了减少风对桥梁的影响,科学家们通过风洞实验反复测算后,给桥增加了高度50厘米,宽度1米左右的溢流板,将风漩涡引开、打散,使其无法形成节奏,从而消解了风的破坏性作用,让大桥原本在7级风下40厘米的振幅降低到了6厘米,巧妙解决了港珠澳大桥的抗风问题。

  虎门大桥是一座中跨888米的单跨悬索桥,加劲梁釆用扁平的钢箱 梁,梁高3m,箱宽35.6m,主缆的横向间距为33米。

  1997年香港回归前夕,虎门大桥建成通车,是中国自行设计建造的第一座特大型大跨度钢箱梁悬索桥,造价30亿元,按抗十级台风的技术标准进行设计。

  建造时,根据广东省气象台和虎门相邻地区气象部门提供的气象资料,对于虎门大桥桥址接近I类地表粗糙度地区,基本风速为40米/秒。

  虎门大桥位于沿海台风频发区,因而抗风性能试验研究,对保证大桥运行安全之重要。

  根据相关资料记载,虎门大桥建设时,同济大学、北京大学、西南交大三所“双一流”高校分别对其进行了风洞模型试验。

  同济大学土木工程防灾国家实验室,交通部公路科学研究所的悬索桥塔架启动弹性模型试验的结果为:

  (1)10米高处风速为10米/秒,在横桥向作用下,桥塔在顺桥向发生一阶弯曲涡激荡动。均匀流风场中极值位移为4厘米。

  (2)施工阶段在顺桥向风作用下,10米高处风速为28米/秒,抖振极值位移为2—3厘米,静位移为14厘米。

  (2)在均匀场中,实测颤振临界风速为72米/秒,0°攻角为88米/秒,均大于颤振临界风速68.6米/秒,满足抗风稳定性要求。

  (3)施工安装大于40%时,相应的颤振临界风速在70米/秒以上,能抗拒台风的侵袭。

  其实,同济大学的试验归纳起来就一句话:虎门大桥有足够的抗风安全储备,可以迎接可能发生的台风的侵袭。

  这么说吧,这方面中国在国际上是享有盛誉的,毕竟“基建狂魔”的名号不是白叫的。

  虎门大桥摆动一事发生后,有网民认为“大桥是豆腐渣工程”,这显然是不负责任的说法。

  通车当年,日均车流达1.84万标准车次;至2017年,日均车流达16.29万标准车次,是设计值的2倍多。

  2018年,台风“山竹”侵袭珠三角。9月16日9时,桥面风速达15.9米/秒(七级)。相关部门考虑到安全,当桥面平均风速达20米/秒(八级)时,就将进入封桥状态。

  历经20多年超负荷运行,虎门大桥的承载力肯定没问题的——关键在于新加的外力导致危险——阻力大了挡风。

  广州市气象局官微“广州天气”发布的消息显示,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。

  由此,虎门大桥出现了异常抖动。据历史的风力数据,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。

  那么问题来了,按照官方通报。现场风速只有8米/秒左右,桥梁已出现限幅涡振,成为20多年来头一遭,这到底是怎么回事?

  很快,不少眼尖的技术人员发现了端倪:问题就出在大桥两侧新增加的水马上——桥面增加了水马,也意味着桥面侧面受风面积增加,水马影响了频率变成了涡振。

  “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。

  当前,虎门大桥正在维修施工中,桥面加了1.2米高的挡墙,从而破坏了断面流线型引发涡振。目前,挡墙正在拆除,快拆完了就正常了。

  二是风大一点,小一点,大桥都不会抖,偏偏当天的风刚好切合大桥晃动的频率,于是大桥就抖得众人皆知了。

  三是此次虎门大桥抖动归结为四个字,就是“偶然事件”,非要用7个字概括,就是“极其偶然的事件”。

  再上一张图:晚上,虎门大桥依然在晃动,但车子还是停在桥上,技术员在桥上淡定得很。

  技术员们的心大?当然不是!因为他们心里亮堂,虎门大桥波浪式起伏,只是看上去吓人,其实真没多大事。

  大桥涡振后会不会内伤?这个说不准,但说起一个人伸个懒腰后,会不会扭伤肌肉,倒霉时还真有可能会,但不可能骨折。


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