广东虎门大桥发生异常抖动引关注 虎门大桥台风“山竹”都扛过去 小风一吹咋哆嗦了？
虎门大桥 资料图片
5月5日下午，记者从广东省公安厅交通管理局了解到，因虎门大桥发生异常抖动，出于安全考虑，大桥现已封闭，请途经车辆绕道行驶。现场视频显示，部分桥面上下起伏，如波浪般抖动。据悉，虎门大桥正在维修施工中，桥面加了1.2米高的挡墙（水马），从而破坏了断面流线型引发涡振。虎门大桥两侧护栏的挡墙（水马）随后被拆除，截至6日14点30分，虎门大桥振动情况开始减弱。目前，交通运输部已组建专家工作组到现场指导。
/ 新闻剖析 /
是什么风把“涡振”吹来了
虎门大桥桥面5月5日出现肉眼可见的“上下起伏”，引发广泛关注。
事发时，珠江口狮子洋上的风速大约为8m/s，并不算很大。而不久前，武汉鹦鹉洲大桥也经历了类似的晃动，武汉当地居民更用“风和日丽”来形容当时鹦鹉洲的天气。为什么虎门大桥经历过多次台风考验、甚至正面挺过超强台风“山竹”，却会被和风剧烈影响？
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水马改变钢箱梁气动外形 产生桥梁涡振现象
5月5日14时许，连接珠江口东西两岸的主要交通要道虎门大桥悬索桥桥面发生起伏晃动，振幅较为明显。为保障通行安全，交警已采取交通管制措施，对悬索桥双向交通全封闭。
从15点20分开始，虎门大桥公司联合交警对主线、太平立交站、威远A站、南沙B站入口实施全封闭交通管制；并对广珠东线、广珠北段、广深沿江高速、广深高速等相关路段进行远端分流。
16点06分，虎门大桥公司启动《虎门区域跨江大桥应急保畅通联动预案》一级响应，太平立交站、威远A站、南沙B站入口均实施全封闭交通管制，往广珠东高速方向车辆分流至威远B站出口、往广深高速方向车辆分流至南沙A出口下高速。
当晚及次日凌晨，桥面仍有抖动现象。当晚9时50分左右，通过监控画面，记者看到，虎门大桥仍有一定的抖动。6日凌晨，记者在虎门大桥管理中心实时监控画面看到，大桥仍有肉眼可见的轻微振动。
记者从广东省交通集团获悉，目前，已组织养护技术人员对桥体进行检查并组织专家研判，相关领域专家已赶赴现场，对桥面抖动情况进行实地分析，虎门大桥桥梁专业人员介绍，桥梁遇到特殊风况会晃动是正常的，一般遇到旋涡风桥面晃动比较大。不久前长江鹦鹉洲大桥也出现类似现象。
6日上午，广东省交通集团官方微信公众号“广东交通集团”通报称，广东省交通运输厅、省交通集团连夜组织国内12位知名桥梁专家召开专题视频会议进行了研判。专家组初步判断，虎门大桥悬索桥本次振动主要原因是，由于沿桥跨边护栏连续设置水马，改变了钢箱梁的气动外形，在特定风环境条件下，产生的桥梁涡振现象。
虎门大桥大修办公室副总工程师张鑫敏接受采访时表示，大跨径悬索桥，由于风的作用，会有颤振和涡振。简单来说，颤振可能产生扭转，对桥梁结构有破坏作用，而涡振对桥梁结构不会有影响，只会对行车舒适度有影响，其最明显的特征是，桥面上下振动。而涡振产生的原因是，风作用在桥面上，跟桥的自振频率一致，产生共振，且是有限幅度的振动，一定范围内的振动。随着风的变化，如风速大小、方向等，涡振会慢慢消除。
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专家称
不会影响结构安全和耐久性
6日上午，广东省交通集团官方微信公众号“广东交通集团”通报称，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。
对于“虎门大桥连续出现抖动”的情况，6日上午，广东虎门大桥公司工作人员回复记者表示，目前，已经拆了桥面上的水马，因为恢复期比较长，所以还有抖动。
一位不愿具名的桥梁工程领域专家告诉记者，虎门大桥是悬索桥，属于柔性结构，“如果后续不再发生类似涡振的话，影响不大”。
该专家说，没有特别原因的话，理论上发生涡振的概率比较低。涡振的发生，不一定需要风特别大，低速风也有可能，主要是风速和桥梁结构的自振频率刚好吻合。
截至6日14点30分，广东虎门大桥振动情况开始减弱。
桥梁涡振通常在风速不大的情况下发生
世界上没有绝对的刚体，看似坚不可摧的钢筋混凝土大桥，同样会产生形变和振动。著名的案例是当军队整齐划一地跨过桥梁，齐步频率恰好与桥梁的固有频率形成“共鸣”时，就可能引发剧烈振动，乃至塌陷。
风有时会产生同样强大的威力，悬索桥尤其易受影响。风激发的振动包括多种，这里主要介绍涡振和颤振。
涡振，全称涡激振动，涡振背后是一种“卡门涡街效应”，由钱学森、郭永怀、钱伟长等人的老师、美籍匈牙利裔流体力学大师冯·卡门发现，起因是风流过物体截面后，在物体背后产生周期性的漩涡脱落，这些漩涡脱落的频率会和物体的固有频率形成共振。
我们可以想象“抽刀断水水更流”，水先是拐了弯，从刀面两端继续流过，随后形成复杂的漩涡结构。
这种漩涡结构的频率主要与两个因素有关，一是风速，二是截面的形状尺寸，因此，在设计建造桥梁的数学模拟和风洞试验中，工程师们通常已经做好了充分的安全考虑，通过截面设计来破坏漩涡的脱落。同时，因为长跨度桥梁的固有频率往往较低，涡振通常也只会在风速不大的情况下发生。
在综合了哈尔滨工业大学深圳校区柳成荫、肖仪清和顾磊等老师意见后，专家分析认为，虎门大桥正在维修施工中，桥面加了1.2米高的水马挡墙，从而破坏了断面流线型引发涡振。
涡振是一种限幅振动 不会像颤振一样愈演愈烈
8m/s的风速已经引发肉眼可见的振动，也有些人担心，如果风速更大，会否酿成像美国塔科马海峡大桥那样的悲剧？
1940年，通车仅4个月的塔科马海峡大桥曾在18m/s的风速下剧烈“舞动”，最终塌陷，成为桥梁抗风研究史上的关键事件。
专家组分析得出了“有限振幅”的结论，这也是桥梁涡振的一大特点。也就是随着风力的增加，振动也只会限制在一个锁定的区间内，不会像塔科马海峡大桥颤振一样愈演愈烈。
原来，当漩涡脱落频率接近桥梁的固有频率，也会产生齐步走和桥梁那样的相互作用，在一定风速范围内产生一种“锁定”现象，空气带来的正阻尼力阻止结构振动继续扩大。
在锁定区域内，随着风速提高，结构仍然按固有频率振动，促使漩涡倾向于继续按此频率脱落。只有当风速进一步提高，空气阻尼进一步增大，结构的振动不足以继续维持原有的漩涡脱落频率，结构振动才会与旋涡脱落解锁，离开共振状态。
因此，涡振是一种限幅振动，不能无限发散。不过，桥梁涡振的有限振幅到底是多少，目前国内外还没有形成一套比较完整的分析理论。学术界也仅对圆柱等少数形状经过反复实验后形成较为精确的公式。在实际设计建造桥梁时，采用一种半理论半实验的方法进行近似估算。
虎门大桥在设计之初已排除了致命的“颤振”
美国塔科马海峡大桥的致命原因并非涡振，而是颤振。颤振是长的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，最早在飞机机翼的失速上引起人们的注意。
颤振是一种典型的气流与结构振动强烈耦合的效应。即气流导致结构振动，结构振动反过来又导致气动力增强，于是振动更加剧烈，最终导致振动发散结构毁坏。可以理解为，涡振中气流和结构相互制衡，形成锁定，而颤振则是互为借力，愈演愈烈。
虎门大桥动工建设时间是1992年，是中国第一座真正意义上的大规模现代化悬索桥。经过半个世纪多的技术发展，加上广东是台风多发地区，像塔科马海峡大桥这样致命的“颤振”问题早已在设计之初就被重点排除。
因此，短期内桥梁涡振并不影响结构安全，长期上应注意对主梁支座和主缆、吊索的疲劳损伤检测监测。据《科技日报》报道，虎门大桥有一套监测系统，通过对桥的连续位移进行实时监测，了解桥梁结构在各种作用下的实际受力状态和工作状况；同时通过分析监测结果得到结构的振动参数，验证结构的抗风、抗震设计，实现对大跨桥梁安全的实时监测。
据新华社、央视新闻、澎湃新闻
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