5月5日下午,虎門(mén)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(mén)采取了交通管制措施。5月13日,經(jīng)過(guò)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(mén)大橋上午9時(shí)恢復(fù)交通。專(zhuān)家表示,現(xiàn)在開(kāi)通大橋,符合通車(chē)的安全性標(biāo)準(zhǔn),橋梁沒(méi)有安全問(wèn)題,而且舒適性方面也沒(méi)有問(wèn)題。
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(zhuān)家組成員在虎門(mén)大橋管理中心回應(yīng)了公眾關(guān)心的問(wèn)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(mén)大橋再次出現(xiàn)振動(dòng),振動(dòng)幅度肉眼可見(jiàn)。為什么撤了水馬后,橋梁還在繼續(xù)振動(dòng)?
專(zhuān)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。
“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)?!敝貞c亞派橋梁工程質(zhì)量檢測(cè)有限公司技術(shù)副總周逸稱(chēng),通俗來(lái)說(shuō),橋梁振動(dòng)是正?,F(xiàn)象,只要在合理范圍內(nèi),不用過(guò)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)?!敝芤荼硎?,所有橋梁都會(huì)發(fā)生振動(dòng),只是不同的橋梁類(lèi)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(chē)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)。
虎門(mén)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(chē)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(mén)大橋橋梁結(jié)構(gòu)破壞?;㈤T(mén)大橋的振動(dòng)一直是存在的,不會(huì)危及行車(chē)安全,危及行車(chē)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(lèi)型的振動(dòng):顫振。20多年前設(shè)計(jì)建設(shè)虎門(mén)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。
對(duì)于此次虎門(mén)大橋異常振動(dòng),一開(kāi)始許多人認(rèn)為是當(dāng)時(shí)主橋風(fēng)速過(guò)大造成的,但也有當(dāng)?shù)孛癖姳硎尽帮L(fēng)并不太大”。說(shuō)起來(lái),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(chē)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(lái)所有的橋梁,無(wú)論是整體還是局部,都必須通過(guò)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(chē)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(mén)大橋也有一套這樣的監(jiān)測(cè)系統(tǒng),通過(guò)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(guò)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(lái)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(guò),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(mén)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)