虎门大桥为什么会晃动?专家称没有安全风险,到底是什么原因?
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发布时间：2022-04-26 10:14
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时间：2022-06-27 06:06
一辈子走过的桥比你走过的路都多，这是我们调侃别人资历不够的俗语，但话是怎么说，无论是谁桥都是经常走的，除非走过晃悠悠的吊桥，那些钢筋水泥桥晃动确实令人害怕，这宁折不弯的钢筋水泥还能像波浪一样起伏？
武汉鹦鹉洲长江大桥和虎门大桥发生异常抖动
4月26日的武汉鹦鹉洲长江大桥异常抖动时可能大家的关注度并不高，毕竟也不是特别严重，但5月5日虎门大桥的晃动就令人害怕了，笔者第一次看到虎门大桥那起伏波浪式的运动，即使对钢筋水泥结构性能有些了解的情况下仍然有些心有余悸，而且还从监控镜头中看到刚开始时还有车辆通过，不禁为他们捏了把汗，幸亏大桥维管单位迅速反应，立即停止通行，在这里要为他们点个赞！
大桥为什么会晃动？
大桥是由钢筋水泥架构的，在我们的印象中，钢筋水泥都是宁折不弯，但其实完全不是这样，钢筋水泥结构的形变程度可达1%，而且不会影响结构强度，也就是说我们建设的大桥有那么一点点变形，其实所有材料都会有一个形变范围，比如弯曲、拉伸和压缩，这些指标都不一样，而大桥的起伏正是材料弯曲形变的范畴！
那么有几个因素会造成大桥的弯曲呢？首先当然是重力效应了，所以悬索桥都会有一条条钢索把桥面拉住，避免它超过形变范围而垮塌！
另一个因素则是车辆经过的震动，如果冲击力够大，当然也可能造成桥面垮塌
还有一个则是风力因素，大桥遭遇强侧风时，会有两个效应，一个是涡振，另一个是颤振！涡振的全称涡激振动（vortex inced vibration，VIV），原因气流经过物体截面后，在物体背后产生周期性的漩涡脱落，由此产生对结构的周期性强迫力。我们看到的大风中横幅疯狂的上下波动，就是涡振，这是我们能见到的最常见现象。
涡震效应
涡振的频率与幅度与物体的气动结构外形有关，基本上会通过截面的形状来破坏涡旋的脱落，因此大部分条件下涡旋会提早脱落不至于引起连续的振幅与桥面共振频率一致。
设计的时候不能避免这种情况吗？
桥梁设计时候会有一个风洞模型数据采集过程，即将大桥将要建成的形状按比例缩小，在风洞中施以各种风速，看看桥梁是否会在常见气象条件下发生共振而危害桥梁安全，一座理论上安全的的桥梁应该在所有风速上都不会出现这种状况，但理论上往往是一个各方妥协的过程，即保证绝大部分条件下桥梁安全！
但设计者会尽可能将这个绝大部分比例提高的百年一遇或者千年一遇，那为什么虎门大桥几十年都没有发生让桥面明显欺负的涡振，为什么今年就很特别呢？据公开报道的资料，虎门大桥在维护过程中在桥跨边护栏连续设置水马，改变了原初设计时的气动外形，因此在某种风速下，这个气动效应就会诱发涡振，导致桥面起伏。
大桥晃动为危及桥梁安全吗？
从结构强度上来看，如果不超过设计标准，那么短期的涡振并不会对结构产生破坏，但长期可能会造成材料结构疲劳，最终寿命提前到来、强度降低而毁坏桥梁，因此当务之急是恢复虎门大桥的气动外形，如果仍然有震动的话，模型再吹风洞，看在哪些位置增加一些设计破坏这个气动效果而使大桥更安全。
虎门大桥的专家组称，大跨度悬索桥都会存在大小不一的涡震现象，幅度较小的我们不易察觉，5月5日的振幅比较大，尽管还不至于破坏结构，但可能影响行车安全！
广东省交通运输厅、省交通集团连夜组织中国内地12位知名桥梁专家召开专题视频会议进行了研判。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。
基于理由是振幅有限，涡震的振幅不会无限加大，因为在一定风速范围内会产生锁定现象，即空气的阻尼作用会阻止振幅增加，但风速增加后频率会脱离固有频率，那么共振消失，涡振带来的振动消失，所以专家组的结论是可信的。
历史上因为共振而坍塌的桥梁
因为共振被摧毁的大桥，美国塔柯姆大桥不是第一座，但绝对是最著名的一座，每次说到桥梁共振垮塌，那么1940年美国塔柯姆大桥共振被毁必须一提，因为它在大风中被吹到上下起伏，最后越来越严重，然后桥面断裂掉入河中的整个过程，被记录了下来，作为桥梁设计界的反面典型，学习桥梁设计的朋友这段录像是必看的保留节目。
桥面扭转作用非常明显
但引发塔柯姆大桥坍塌的不是涡振，而是颤振，颤振是条带状结构在横向气流作用下发生的大幅振动，并且具有以扭转振动为主的特征，最后断裂时现象是扭转断裂坠入河中，这镜头绝对令人记忆犹新！
风洞吹建筑物
所以从此以后，所有大型建筑，吹风洞是必须的，包括哪些上百层的高楼，因为空气动力效应下的变形，同样可能会引发共振，即使没到倒塌标准，那摇晃也会导致高层办公的人员头晕脑胀！
101大楼的抗震大球
另外还有抗震需要，会在大楼高层设置主动抗震来应对地震和大风的空气动力效应，比如上海大厦的慧眼，台北101大楼的抗震大球等，都是主动抗震措施！
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时间：2022-06-27 06:07
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时间：2022-06-27 06:07
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时间：2022-06-27 06:08
