大跨度懸索橋振動(dòng)實(shí)屬正常

5月5日下午，虎門大橋懸索橋發(fā)生明顯豎向彎曲振動(dòng)現(xiàn)象，大橋管理方聯(lián)合交警部門采取了交通管制措施。5月13日，經(jīng)過多方聯(lián)合檢查、檢測(cè)和安全評(píng)估，確認(rèn)大橋懸索橋結(jié)構(gòu)安全，同意恢復(fù)交通運(yùn)營(yíng)。5月15日，廣東省交通集團(tuán)“官宣”：虎門大橋上午9時(shí)恢復(fù)交通。專家表示，現(xiàn)在開通大橋，符合通車的安全性標(biāo)準(zhǔn)，橋梁沒有安全問題，而且舒適性方面也沒有問題。

橋體振動(dòng)的原因

橋體振動(dòng)的原因到底是什么？后續(xù)仍有振動(dòng)又是為何？5月15日，國(guó)際橋梁與工程協(xié)會(huì)主席、同濟(jì)大學(xué)教授葛耀君，西南交通大學(xué)教授廖海黎兩位專家組成員在虎門大橋管理中心回應(yīng)了公眾關(guān)心的問題。

葛耀君表示，5月5日下午橋體的明顯振動(dòng)原因基本查明：由于沿橋梁邊護(hù)欄連續(xù)設(shè)置的水馬改變了鋼箱梁氣動(dòng)外形，在特定的風(fēng)況條件下，誘發(fā)懸索橋發(fā)生豎向渦激共振。當(dāng)天，大橋管理方拆除水馬后，振幅明顯減小，頻率降低。

5月6日上午，虎門大橋再次出現(xiàn)振動(dòng)，振動(dòng)幅度肉眼可見。為什么撤了水馬后，橋梁還在繼續(xù)振動(dòng)？

專家表示，再次發(fā)生渦振的原因與第一次不一樣。持續(xù)較長(zhǎng)時(shí)間、較大振幅的渦振導(dǎo)致了橋梁結(jié)構(gòu)阻尼下降。通俗地講就是摩擦力減少，可以使運(yùn)動(dòng)加速。即使拆除了水馬，特定風(fēng)況下空載橋梁仍有可能發(fā)生渦振。

橋梁振動(dòng)有多種形態(tài)

“振動(dòng)是橋梁的固有特性，橋梁也是一種彈性系統(tǒng)，在外界荷載的激勵(lì)下，系統(tǒng)會(huì)在彈性力和慣性力的作用下以其固有頻率和相應(yīng)的固有振型進(jìn)行往復(fù)的固有振動(dòng)。”重慶亞派橋梁工程質(zhì)量檢測(cè)有限公司技術(shù)副總周逸稱，通俗來說，橋梁振動(dòng)是正常現(xiàn)象，只要在合理范圍內(nèi)，不用過于擔(dān)心。

“橋梁振動(dòng)有波浪形態(tài)，還會(huì)出現(xiàn)橫向擺動(dòng)、扭轉(zhuǎn)等形態(tài)，這主要是由于風(fēng)致振動(dòng)產(chǎn)生的馳振、顫振、抖振而引起的不同響應(yīng)狀態(tài)。”周逸表示，所有橋梁都會(huì)發(fā)生振動(dòng)，只是不同的橋梁類型、跨徑，其振動(dòng)的幅度不一樣，給人的直觀感受不一樣。振動(dòng)的發(fā)生需要靠外界荷載的激勵(lì)，如在車輛動(dòng)荷載和個(gè)別情況下人群動(dòng)荷載、風(fēng)力和地震地面運(yùn)動(dòng)作用下，橋梁結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)。

大橋安全有保障

虎門大橋以后還會(huì)不會(huì)振動(dòng)？大橋安全嗎？

廖海黎表示，大跨度懸索橋都會(huì)有振動(dòng)，不振動(dòng)是不正常的。振動(dòng)的原因可能是風(fēng)，也可能是車等多方面因素，但振動(dòng)一定要在可控范圍之內(nèi)。這次渦振不會(huì)導(dǎo)致虎門大橋橋梁結(jié)構(gòu)破壞。虎門大橋的振動(dòng)一直是存在的，不會(huì)危及行車安全，危及行車人的感受。

不少人心存疑慮：廣東即將進(jìn)入臺(tái)風(fēng)季，大橋安全有保障嗎？

廖海黎介紹，臺(tái)風(fēng)對(duì)大跨度懸索橋的影響是另一種類型的振動(dòng)：顫振。20多年前設(shè)計(jì)建設(shè)虎門大橋的時(shí)候，抗風(fēng)設(shè)計(jì)主要就是防止橋梁顫振，在這方面做了充分考慮，保證運(yùn)營(yíng)的時(shí)候不會(huì)發(fā)生顫振。這次抑制渦振采取的措施是否可能引起顫振，相關(guān)單位做了實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示臺(tái)風(fēng)條件下不會(huì)導(dǎo)致危險(xiǎn)性顫振。

橋梁實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)不可或缺

對(duì)于此次虎門大橋異常振動(dòng)，一開始許多人認(rèn)為是當(dāng)時(shí)主橋風(fēng)速過大造成的，但也有當(dāng)?shù)孛癖姳硎尽帮L(fēng)并不太大”。說起來，歷史上還真有風(fēng)不大，但橋晃塌了的案例發(fā)生。最著名的便是美國(guó)塔科馬海峽大橋在微風(fēng)中塌陷。

塔科馬海峽大橋是位于美國(guó)華盛頓州塔科馬的懸索橋。1940年，在通車4個(gè)月后這座橋梁突然塌陷。據(jù)記載，當(dāng)時(shí)的風(fēng)速并不大，照理這樣的風(fēng)速本應(yīng)對(duì)大橋構(gòu)不成威脅，但大橋還是戲劇性地被微風(fēng)摧毀。

這次坍塌被認(rèn)為是空氣動(dòng)力學(xué)和結(jié)構(gòu)分析不嚴(yán)密所致，對(duì)后續(xù)的橋梁設(shè)計(jì)和建造產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響，后來所有的橋梁，無論是整體還是局部，都必須通過嚴(yán)格的數(shù)學(xué)分析和風(fēng)洞測(cè)試。

橋梁的安全，包括抗震和抗風(fēng)都是設(shè)計(jì)和建造中的關(guān)鍵要素。為了實(shí)時(shí)了解橋梁的安全要素，現(xiàn)代橋梁一般都有健康監(jiān)測(cè)與評(píng)估系統(tǒng)。這是一套軟硬件結(jié)合的系統(tǒng)，對(duì)橋梁的裂縫、航道、車流量、大橋的環(huán)境溫度、振動(dòng)情況、移位情況等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)預(yù)警。

有業(yè)內(nèi)人士表示，虎門大橋也有一套這樣的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，通過對(duì)橋的連續(xù)位移進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，了解橋梁結(jié)構(gòu)在各種作用下的實(shí)際受力狀態(tài)和工作狀況。同時(shí)通過分析監(jiān)測(cè)結(jié)果得到結(jié)構(gòu)的振動(dòng)參數(shù)，驗(yàn)證結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)、抗震設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)大跨橋梁安全的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

值得一提的是，這位業(yè)內(nèi)人士表示，建筑的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)維護(hù)起來并不容易，一般10年左右軟硬件都需要更新，有些項(xiàng)目并不一定能及時(shí)置換更新。不過，他也強(qiáng)調(diào)，橋梁監(jiān)測(cè)是所有建筑中最重要的，像虎門大橋這樣的重要樞紐監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)該會(huì)保持良好運(yùn)轉(zhuǎn)。（本刊綜合）

航拍虎門大橋（陳驥旻 攝）