虎門大橋限幅渦振是怎麼回事,有危險嗎?


新聞報道:5月5日下午,連接珠江口東西兩岸的主要交通要道虎門大橋懸索橋橋面發生起伏晃動,振幅較為明顯,對行車造成不舒適感。為保障通行安全,交警已採取交通管制措施,對懸索橋雙向交通全封閉。根據專家分析,現場風速達到8m/s左右,引發橋樑限幅渦振。據悉,目前,虎門大橋正在維修施工中,橋面加了1.2米高的擋牆(水馬),從而破壞了斷面流線型引發渦振。

那麼限幅渦振到底是怎麼回事呢?風能不能對橋樑造成危險?

實際上,這是一個典型的橋樑空氣動力學問題。

虎門大橋限幅渦振是怎麼回事,有危險嗎?


早在1940年,美國華盛頓塔科馬拉海峽大橋在通車後四個月在18m/s風速下發生顫振而破壞。該事件震動了世界橋樑界,也讓科學家開始重視橋樑設計中的空氣動力學問題。實際上顫振現象常見於飛機機翼,橋樑顫振是指在平均風作用下,作為空間結構的橋樑系統,從流動的空氣中不斷吸收大於結構阻尼耗散的能力所起到的發散性氣動力自激振動(百度百科)。簡單來說就是橋樑遇到超過顫振臨界風速時,振動的主樑通過氣流的反饋作用不斷吸收能量克服結構自身阻尼,導致振幅逐步增大直至結構破壞,是一種破壞性的純扭轉或彎曲和扭轉耦合的發散自激振動,具有發散毀滅性。

那橋樑顫振與這次虎門大橋渦振有什麼區別呢?

虎門大橋限幅渦振是怎麼回事,有危險嗎?


橋樑渦振是指在風作用下,有繞流通過橋樑斷面後交替脫落的渦旋引起的振動,是一種兼有自激振動和強迫振動特性的有限振幅振動,它在一個相當大的風速範圍內,可保持渦激頻率不變,產生一種“鎖定”(lock-on)現象。實際上橋樑渦振經常發生,日本東京灣通道橋就曾發生過振幅達50cm的渦振現象。 渦振是橋樑結構在較低風速下就很會發生的風致振動現象,為限幅振動,不像顫振那樣存在失穩的危險,也是報道中說的當時為什麼8m/s風就造成該現象。但是不是就沒危險呢,由於它易發生,一方面會影響結構的疲勞和強度,另一方面也會危及到交通安全。

因此,現代橋樑設計中會考慮相應問題提高抗風能力。

目前對於虎門大橋也正在進一步檢測其損傷情況,相信很快也會恢復通車!


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