虎門大橋渦振事件調查:系水馬誘發,與主纜腐蝕更換構件無關

朔州融媒 發佈 2020-05-11T01:43:30+00:00

5月5日下午2時許,廣東東莞虎門大橋懸索橋橋面出現抖動情況,影響車輛正常通行。專家組初步判斷,虎門大橋懸索橋振動主要原因:由於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。

來源:上游新聞

5月5日下午2時許,廣東東莞虎門大橋懸索橋橋面出現抖動情況,影響車輛正常通行。隨後,當地交警採取交通管制措施,對懸索橋雙向交通全封閉。

5月6日,廣東省交通集團官方微信公眾號稱,廣東省交通運輸廳、省交通集團連夜組織國內12位知名橋樑專家召開專題視頻會議進行了研判。專家組初步判斷,虎門大橋懸索橋振動主要原因:由於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。

專家組研判結果公布後,依然未能解除民眾疑惑:虎門大橋為何要大修?大橋渦振是否與主纜損耗、吊索斷裂有關?更換構件是否損壞大橋原本性能?大橋究竟何時能通車?……諸多問題引髮網友熱議。

5月10日,虎門大橋鋼樑的設計者之一、西南交通大學土木工程學院教授鄭凱鋒告訴上游新聞(報料微信號:shangyounews),虎門大橋是安全的,公眾無需緊張和恐慌。虎門大橋從1997年6月通車至今近23年,期間經歷多次強颱風,都沒有異常振動,證明橋樑能夠安全抗擊大風。此次渦振沒有實質性影響橋樑安全,他建議在檢查和必要處置後儘快恢復交通。

同日,中國工程院院士,湖南大學土木工程學院教授、博士生導師,湖南大學風工程試驗研究中心主任陳政清向上游新聞表示,虎門大橋作為中國最早的懸索橋之一,從設計上說是沒有問題的。此次渦振對於大橋整體來說沒有太大影響,後續經修繕、保養依然可以維護大橋性能。

5月11日9時許,中國交通報官方微博「交通發布」公布了虎門大橋渦振原因:據專家分析,水馬是渦振誘因,虎門大橋結構安全,相關抑振措施正在研究實施中。

▲5月9日,虎門大橋渦振之後已被關閉,相關部門正在對大橋進行全面檢修。 航拍/上游新聞記者 王敏


超負荷:虎門大橋交通擁堵是常態

對於珠江口東西兩岸的城市群,虎門大橋的重要作用不言而喻。

虎門大橋於1992年10月28日動工建設,1997年6月9日建成通車;全長4588米,雙向6車道,日均飽和標準車流量為8萬輛,主孔通航凈高60米,橋下可雙向通行5萬噸海輪。

作為首座跨越珠江口東西兩岸的大型橋樑,虎門大橋不僅支撐了珠三角經濟的快速發展,並引領了中國橋樑建造史上的技術創新。擁有18項國內或國際先進水平工程技術和工藝的虎門大橋,一度代表著二十世紀中國橋樑建設的最高成就。

另外,虎門大橋主橋為跨徑888米的鋼箱梁懸索橋,為中國第一座大規模大跨度的現代懸索橋,在當時被稱為「中國第一跨」;輔航道橋為主跨270米的預應力混凝土連續剛構橋,是當時同類型橋樑世界之最,被譽為「世界剛構第一橋」。

虎門大橋投入使用後,成為莞佛高速公路重要組成部分。虎門大橋段作為珠江口核心區域的一條重要的過江通道,是廣東省高速公路網「十二縱七橫」中第五橫通道中的莞佛高速過江段。

廣東省交通運輸廳於2019年4月公布資料顯示,截至2018年底,連接珠江口東西兩岸的公路跨江通道中建成通車的有珠江黃埔大橋、虎門大橋、港珠澳大橋等3條橋。

作為珠江口東西兩岸城市的跨江大橋,投入使用後的虎門大橋在二十年余間的日均行車狀況,交通負荷大,交通擁堵成為常態。

鄭凱鋒告訴上游新聞記者,虎門大橋原來設計交通量是日均8萬車次,前些年交通量非常大,有時日均超過15萬車次,有小段時間還有超載車輛。2019年4月南沙大橋(即虎門二橋)通車後已經分流的不少車流,特別是重車。

據2019年3月8日中新網報導,虎門大橋車流量飽和值超1倍,需檢測「保養」,限行核定載10噸以上貨車。多位業內人士告訴記者,超負荷、擁堵成常態,給虎門大橋的性能造成一定損耗,對大橋進行定期修繕也是正常操作。

▲網傳「虎門大橋發生異常抖動的檢測結果」,實際上是2019年11月《莞佛高速虎門大橋段大修改造工程方案設計匯報》。該文件顯示,虎門大橋有吊索鋼繩斷裂,還有主纜開纜檢查腐蝕較嚴重。圖片來源/網頁截屏


檢驗報告:虎門大橋主纜腐蝕較嚴重

2019年下半年,虎門大橋大修計劃被提上議程。

上游新聞記者獲得的一份據稱是中交公路規劃設計院有限公司於2019年11月作出的《莞佛高速虎門大橋段大修改造工程方案設計匯報》(簡稱報告)顯示,該報告囊括虎門大橋工程概況、交通量分析與預測、技術標準、建設條件、橋樑方案、問題與建議。

報告稱,由於長期超負荷運營,造成虎門大橋主、引橋病害嚴重,部分結構需更換。以往局部加固效果的持續性較差,在重交通作用下,結構進一步劣化,難以從根本上解決結構病害問題,因此本次對病害嚴重的橋樑提出結構大修方案。

報告顯示,國家道路及橋樑質量監督檢驗中心《虎門大橋懸索橋檢驗報告》(2018年3月)指出:虎門大橋懸索橋技術狀況評定為3類橋,處於「有中等缺損,尚能維持正常使用功能」。《莞佛高速虎門大橋懸索橋鋼箱梁專項檢查報告》(2018年3月) 指出:「目前虎門大橋懸索橋鋼箱梁抗疲勞性能,不能滿足剩餘設計使用年限的需求。」

此外,懸索橋主纜開纜檢查發現:1.中跨跨中位置附近主纜頂、底面腐蝕較嚴重;2.入東錨口處位置附近主纜兩側腐蝕較嚴重。中跨和入東錨口處主纜位置均有3-4層腐蝕較嚴重的鋼絲,繼續往主纜中心腐蝕較輕。吊索上游側38號吊索鋼絲繩斷裂,發生於鋼箱梁內側錨頭處,舊索從內而外發生鏽蝕。已拆除吊索又發現多根出現鏽蝕。

5月11日12時許,上游新聞記者欲就上述報告的真實性,多次聯繫中交公路規劃設計院有限公司,其多個部門的辦公電話均無人接聽。

▲根據網傳「虎門大橋發生異常抖動的檢測結果」,有人據此認定虎門大橋異常抖動與吊索鋼繩斷裂、主纜腐蝕較嚴重有關。圖片來源/網頁截屏

專家認為:大橋病害與渦振無直接關係

目前,這份報告部分內容流傳於網絡,不少網友質疑懸索橋主纜損耗和吊索鋼絲繩斷裂,是否為導致大橋渦振的原因之一?

鄭凱鋒對此進行了否認,他稱兩者間沒有直接關係,大橋渦振由主要由水馬誘發。

鄭凱鋒介紹,橋樑進行維修時,在護欄內側擺放隔離帶,俗稱水馬。 擺放隔離帶是考慮施工安全,但這種隔離帶會影響氣流的通透性。風導致橋樑振動是相對複雜的空氣動力學問題,世界多座橋樑都出現過。通俗一點說,遇到特定的中等風(非颱風和強颱風),在局部形成風的漩渦,由漩渦力誘發的梁體振動;當天虎門大橋撤除了隔離帶,振動逐步就減緩。

5月9日,同濟大學土木工程學院土木工程防災國家重點實驗室教授、原同濟大學風洞試驗室主任、虎門大橋主橋風洞試驗的參與者宋錦忠在接受《財經》採訪時表示,由於維修更換吊索時,橋面還在正常通車,施工方擔心作業時過往車輛碰到吊索和維修人員,特地設立了兩面水馬擋牆,這就把橋的斷面外形全部破壞掉了,渦振就可能馬上出現。恰巧,當時空氣中的風均勻地吹過來,形成了穩定的層流,吹拂到斷面上,趕上特殊的夾角,就在主梁斷面的下游形成了有規則的運動旋渦,它的振動頻率和結構的某個頻率一致進而導致渦激共振。

也有人質疑,虎門大橋在檢修過程中換置吊索等材料,改變了大橋原本的性能,最終造成渦振。

鄭凱鋒告訴上游新聞記者,由水馬誘發的渦振與替換構件沒有關係。虎門大橋這次維修是更換吊索;簡單說,就是用新的替換原有舊的,目的是為了保持橋樑原來的性能。渦振之後,虎門大橋仍然可以繼續維修,只是不能採用原來的水馬隔離帶,必須用通透性好的隔離帶。

▲5月9日,虎門大橋渦振之後已被關閉,相關部門正在對大橋進行全面檢修。 攝影/上游新聞記者 王敏

做好服務:懸索橋能運行100年

在大跨度的橋樑設計中,在目前看來較為安全的懸索橋是設計師的重要選擇之一

中國工程院院士陳政清告訴上游新聞記者,一般來說,橋樑的設計壽命為100年,一些重點項目的設計壽命會更長。如何充分利用懸索橋設計壽命,是國內外橋樑設計師在不斷探討的問題。

1937年完工並投入使用的美國金門大橋,如今已經有83年歷史;布魯克林大橋於1883年通車,如今已有137年歷史。陳政清稱,懸索橋維持100年的使用壽命並不是不可能。

陳政清表示,中國在20世紀90年代開始興建懸索橋,虎門大橋作為中國最早的懸索橋之一,從最初設計上是沒有問題的。此次渦振對於大橋整體來說沒有太大影響,後續進行修繕、保養依然可以維護橋的性能。

陳政清認為,橋樑構件在使用中出現老化、性能變差是正常情況,只要及時維修、護養等,橋樑就不會有大問題。比如吊索鋼絲繩斷裂,那就更換索吊;主纜鏽蝕,就加強主纜除濕、除銹等。如今在中外諸多懸索橋維修過程中使用的更替材料,相對最初橋樑使用的原材料,應該更加先進和優質,也會讓橋樑的性能變得更好。

宋錦忠對媒體稱,只有從建設方、設計、施工、監理、科研、維保等各方面達到一定的水準,做到全壽命服務,才能讓一座橋在100年至150年的服役期裡面,正常地運營、服務大眾。

虎門大橋經歷渦振之後何時通車,也是公眾關切的方向之一。

5月9日晚,上游新聞記者在現場通過航拍觀察到,虎門大橋仍在進行車輛荷載試驗。

宋錦忠接受媒體採訪時稱,5月9日晚,虎門大橋進行了40餘輛車的荷載試驗,結果發現橋面仍存在一定的渦振現象。同時經過檢測發現,橋樑的剛度沒有問題,但體現橋樑抗振設計的重要參數已經低於國標。阻尼從設計時的國標規範0.05降至0.01,這代表大橋的抗振能力降低了。測試結果還顯示,振幅很小,本質上不影響橋樑安全;建議虎門大橋應該馬上通車,「橋沒有安全問題,沒有穩定問題,只有舒適度的問題。」

鄭凱鋒告訴上游新聞記者,虎門大橋是安全的,公眾無需緊張和恐慌。虎門大橋從1997年6月通車至今近23年,期間經歷多次強颱風,都沒有異常振動,證明橋樑能夠安全抗擊大風。此次渦振沒有實質性影響橋樑安全,但需要重點檢查梁端4個豎向支座、兩個抗風支座和伸縮縫是否局部損傷、梁體個別鋼板原有少量裂紋是否加劇等。他建議在檢查和必要處置後儘快恢復交通。

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