广东虎门大桥惊悚抖动,原因初步查明

虎门大桥是连接广州市南沙区与东莞市虎门镇的跨海大桥,位于珠江口狮子洋上,于1997年建成通车。虎门大桥车流量大,常处于饱和状态。

5月5日下午14时许,虎门大桥悬索桥桥面出现可感知的波浪般晃动,自通车23年以来从未发生如此振动。

专家组初步判断,虎门大桥悬索桥本次振动的主要原因是: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,产生了桥梁涡振现象。

广东省交通集团通报说,大跨径悬索桥在较低风速下存在涡振现象,振动幅度较小不易察觉,仅在特殊条件下会产生较大振幅,不影响桥梁结构安全,会影响行车体验感、舒适性,易诱发交通安全事故。

目前,虎门大桥管养单位已紧急开始对大桥进行全面检查检测,大桥继续施行双向封闭。交通运输部已组建专家工作组到现场指导。


广东虎门大桥惊悚抖动,原因初步查明

根据大桥风致理论,悬索桥主梁的风致振动主要包括:(1)高风速颤振发散;(2)低风速均匀风场下的涡振;

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悬索桥颤振(Flutter):振动的桥梁通过气流的反馈作用不断吸取能量,当达到临界风速时使振幅逐步增大直至最后使结构破坏的发散性振动。该振动多发生在风速较大的情况,根据节段模型风动试验,虎门大桥的颤振临界风速大于79m/s,远大于现在发生振动的约9m/s,因此可以排除这种情况。


涡激共振(Voxtex-excited Resonance):风绕流经钝体结构时可能发生旋涡的脱落,出现两侧交替变化的涡激力,当旋涡脱落频率接近结构的自振频率时,所激发出的结构共振现象。多发生在小于25m/s的较低风速,与本桥的情况吻合。


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近日风振现象主要表现为:(1)主梁发生周期性规律竖向振动;(2)风振风速大概在4级~5级(风速9m/s左右)风速期间。根据大桥的振动情况,初步判断,本次发生的风振属于主梁竖弯涡振。涡振属于有限幅值的振动,由于主梁的气流旋涡脱落频率与主梁自振频率接近引起的,不会引起大桥的安全问题。同时,本次涡振主要是由于大桥在检修期间,在桥面堆放了施工附属物体(水马等),改变了主梁的气动外形造成的。

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桥梁涡振是一种兼有自激振动和强迫振动特性的有限振幅振动,它在一个相当大的风速范围内,可保持涡激频率不变,产生一种“锁定”(lock-on)现象。桥梁涡激共振的有限振幅计算是一个十分重要但又异常困难的问题,目前国内外还没有形成一套比较完整的桥梁涡振分析理论。实用上,采用一种半理论半实验的方法,以近似地估算涡激共振的振幅。


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