虎門大橋渦振:振動原因尚無共識 建議完善監測系統

2021-08-05T15:13:17.944634+00:00

來源:新京報  虎門大橋渦振:持續振動原因尚無共識,建議完善監測系統  因發生肉眼可見的明顯振動,從5月5日下午起,連接廣州市南沙區與東莞市虎門鎮的虎門大橋關閉,至今已逾2日。對這座已有23年歷史的跨海大橋和生活於兩端的廣州、東莞市民來說,這並不尋常。

來源:新京報

  虎門大橋渦振:持續振動原因尚無共識,建議完善監測系統

  因發生肉眼可見的明顯振動,從5月5日下午起,連接廣州市南沙區與東莞市虎門鎮的虎門大橋關閉,至今已逾2日。對這座已有23年歷史的跨海大橋和生活於兩端的廣州、東莞市民來說,這並不尋常。

  5月6日上午,廣東交通集團發布通報稱,經專家組判斷,虎門大橋懸索橋本次振動主因為沿橋跨邊護欄連續設置水馬,改變了鋼箱梁的氣動外形,在特定風環境條件下,產生橋樑渦振現象。

  事發當天下午,水馬撤掉後,渦振於18時暫停,然而,當晚20時,虎門大橋再次發生渦振,並持續至今。5月7日晚間,虎門大橋新聞發言人向新京報記者表示,大橋仍在以肉眼可見的幅度輕微振動,對大橋的檢測也在繼續,大橋目前仍然封閉。


  多位參與事件調查的專家稱,虎門大橋此次渦振振幅在安全範圍內,不會影響懸索橋後續使用的結構安全。不過,一位不願具名的專家告訴新京報記者,專家們未能對大橋持續振動原因達成共識。多位專家建議虎門大橋方面完善監測系統。

  「像過山車一樣,一上一下的」

  5月4日晚上7時許,深圳市民楊旭(化名)載著妻子,驅車從廣州返回深圳。行到虎門大橋中部時,楊旭突然感到橋面縱向振動,「像過山車一樣,一上一下的」。

  楊旭回憶,當時橋面的振幅比較大,「前面的車輛也是忽上忽下的」。人隨車上拋時有失重感,他和坐在副駕駛座上的妻子都感到頭暈、想吐。

  由於振動一直持續,楊旭有點緊張,他打開車窗,在兩三分鐘內加速駛離了大橋,振動感也隨之消失。

  楊旭所經歷的「驚魂一刻」,許多當天和第二天經過虎門大橋的市民都感受到了。一名網友在社交媒體上表示,5月5日下午,其乘車由虎門-南沙方向經過虎門大橋時,橋面上下顛簸持續幾十秒,有如乘船,「有點暈」,「被嚇得不輕」。他回憶,司機起初以為是爆胎了,但很快發現,前方的車輛也正隨著橋面「像波浪一樣擺動」。

  另一名5月5日下午2時許經過虎門大橋的網友發布的視頻顯示,當日天氣晴朗,大橋上車流不算密集,畫面右側能看到豎形排放的紅色水馬,視頻持續了兩秒,結束時畫面有明顯的上拋感。評論欄里,這名網友說當時以為是自己低血糖所致,多名網友回復稱自己也有相同遭遇,有的以為是路面不平,有的以為自己所乘車輛爆胎。

  據公開資料,此次振動發生地虎門大橋主橋,是我國第一座自行設計、建造的大跨徑鋼懸索橋,全長888米。自1997年6月竣工後,虎門大橋已經過23年風吹雨打,是連接廣州南沙和東莞虎門的一條重要過江通道。從公開報導來看,虎門大橋以前並未發生過類似事件。

  5月5日15時32分,廣州交警支隊發布消息稱,對虎門大橋進行交通管制。隨後,有媒體從廣東省公安廳交通管理局了解到,虎門大橋發生異常抖動,大橋管理部門已經封閉大橋。

  5月7日晚,虎門大橋新聞發言人告訴新京報記者,大橋7日晚還將處於封閉狀態。

  橋面單邊最大振幅達到31厘米

  5月5日晚間,廣東省交通集團發布通報稱,5月5日15時20分,虎門大橋懸索橋橋面受主橋風速大影響,產生渦振。

  一位參與調查的路橋專家程述(化名)告訴新京報記者,他從虎門大橋方面了解到,事發時橋面單邊最大振幅達到了31厘米。

  由於事發時橋樑正在檢修,有網友猜測渦振的產生和大橋荷載過高有關。5月6日晚,在廣東省有關部門召開的媒體溝通會上,現場處置專家組成員、中交公路規劃設計院業務總監吳明遠表示,在橋樑設計上是有荷載標準的,只要在荷載標準的基礎上,橋樑的運行都是安全的,「尤其虎門大橋,基於各種原因,有限載規定,所以在目前狀況下,相對其他的大型橋樑來說還更安全。」

  渦振產生的原因很快被聚焦到橋面呈一字形擺放的兩排1.2米高紅色水馬(分割路面或形成阻擋的塑制殼體障礙物)上。

  5月5日晚,虎門大橋大修辦公室副總工程師張鑫敏在接受央視採訪時介紹,經專家會討論,渦振的主要原因為橋面檢修時,沿護欄立柱擺放的水馬堵塞護欄立柱透風孔,改變了橋樑的抗風外形,進而產生渦振。水馬拆除後,加上當晚風速降低,渦振已明顯減輕。

  5月6日上午,廣東交通集團也發布通報表示,經專家組判斷,本次振動主因為沿橋跨邊護欄連續設置水馬,改變了鋼箱梁的氣動外形,在特定風環境條件下,產生橋樑渦振現象。

  「渦振之所以產生,是因為結構的自振頻率和渦脫的頻率相一致,產生了共振。」程述向新京報記者解釋。所謂「渦脫」,即鈍體截面受到均勻流作用時,在截面背後形成旋渦脫落。渦脫的產生既和風向、風速有關,也受橋樑斷面形狀、結構阻尼等影響。

  虎門大橋的設計者之一、橋樑專家曾憲武告訴新京報記者,虎門大橋在設計施工時,曾做過風洞試驗,以測試橋樑的抗風性能。虎門大橋橋體鋼箱梁斷面為流線型,為了儘量減少風對橋體振動的影響,設計者們在兩側風嘴位置加設了導流板。

  程述表示,按照虎門大橋原本的設計,理論上是不會產生渦振的,但在橋面增設水馬改變了橋體的空氣動力外形。

  同濟大學橋樑工程系教授葛耀君進一步解釋,5日下午渦振的產生,除了橋樑氣動外形改變外,特定的風速、風向也是條件之一。「這兩天正好廣州天氣非常好,風速就比較均勻,風吹過來的角度也不會改變,這樣是比較容易引起渦振的。」

  不過,葛耀君同時表示,從風向學來看,風向有16個,達到特定風向的機率為16分之一,同時對風速也有要求,因此,使大橋產生渦振的氣流發生是一個「小機率事件」。

  針對有市民反映5月4日下午經過大橋就已感到振動,廖海黎表示,「現在說的第1次發生在5月5號,可能那是最嚴重的時候,但是在那之前,這種渦振會一點一點地,有一個從小到大的過程。」

  葛耀君也認為,異常振動發生的時間或許還要早於5月4日。據其了解,早在4月底,橋面就放置了水馬,但數量不多,因而振幅也不大。

  振動持續原因尚無結論

  據新京報此前報導,事發當天下午,水馬撤掉後,渦振於18時暫停,然而,當日20時,虎門大橋再次發生渦振。

  5月7日晚間,虎門大橋新聞發言人向新京報記者表示,目前,大橋仍在以肉眼可見的幅度輕微振動,對大橋的檢測也在繼續,持續振動的原因尚無結論。

  5月6日晚,在回答媒體提問時,現場處置專家組成員吳明遠稱,虎門大橋橋樑重量在15000噸以上,一旦振動發生,「需要足夠的時間平息下來」。

  西南交通大學土木工程學院教授廖海黎也向新京報記者表示,從目前調查來看,水馬是這次渦振的主要誘因,水馬撤掉,誘因也就消除了。「但風在橋上還有一些作用力,只是比水馬存在的時候要小,等到慢慢能量耗散掉了,它應該會靜止下來不動了。」

  5月7日下午,廣東方面組織了又一場專家會。程述告訴新京報記者,在會議上,專家們明確了後續發生的振動仍屬於渦振,但是對於渦振持續的原因,並沒有達成共識。有人認為,封閉後,光禿的箱梁也可能是渦振持續的誘因之一。對於大橋是否可以恢復通車,與會者也觀點不一。

  程述表示,在會議上,他和一些專家建議虎門大橋方面完善監測系統。

  新京報記者查閱資料發現,早在2002年,清華大學土木工程系學者曾發表論文,稱和虎門大橋有限公司合作,研發完成了虎門大橋主跨GPS位移監測系統和應變監測系統,並投入運行。文章介紹,該系統旨在監測虎門大橋在使用期間由於車輛荷載、風荷載、地震荷載等造成的大橋箱梁的應變響應,實現實時監測、實時分析和報警、數據網絡共享。

  然而,程述表示,在調查過程中,虎門大橋的工作人員給專家們提供了大橋四個點位的風速,但在他看來,這些數據有矛盾之處,他曾要求提供5月7日振動的相關數據,但下午開會時也沒見到。他認為,虎門大橋雖有檢測系統但似乎並不完備,「我們給他們提的是你們要完善」。

  5月6日、7日,新京報記者多次聯繫虎門大橋大修辦公室副總工程師張鑫敏,試圖詢問渦振持續的原因和監測系統的運行情況,截至發稿未有回覆。

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