为什么说虎门大桥是安全的?目前监测技术能否预警涡振?
虎门大桥悬索桥桥面发生明显振动引发热议。5月6日,广东交通集团官方回应称,已经对大桥进行了全面检测,据专家组判断,虎门大桥之所以发生振动,是因为桥梁涡振现象,并认为悬索桥结构安全可靠,不会影响虎门大桥后续使用的结构安全和耐久性。为什么说虎门大桥是安全的?“悬索桥对风非常敏感,因此在设计上就要做许多抗风安全的措施,并进行全面风洞试验,验证桥梁的抗风稳定性。”中交公路规划设计院副总经理、总工程师刘晓东说,对钢箱梁的形状基本是做流线形设计,抗风性能最优,而虎门悬索桥设计就采用了宽度35.6米、高度3.0米、两侧为梭形风嘴的流线型扁平钢箱梁。虎门大桥钢梁设计者之一、西南交通大学教授郑凯锋说,风导致桥梁振动是相对复杂的空气动力学问题,世界多座桥梁出现过。虎门大桥是我国沿海地区第一座大跨悬索结构桥梁,1993年桥梁设计中,设计部门就委托北京大学和同济大学等进行钢箱梁截面风洞试验研究,结果均表明其空气动力性能良好。虎门大桥主桥是一座单跨888米的超大跨径悬索桥,是我国首座加劲钢箱梁悬索桥,经历了十多年的设计、研究和施工建成通车,是我国早期建设的超大跨径桥梁代表作。“从1997年6月通车至今近23年,期间经历多次强台风,虎门大桥没有发生如此严重的异常振动,证明桥梁设计结构安全性能有保证。”刘晓东说,此次发生涡振,现场风力也仅五级左右,是因为定期进行更换悬索桥吊索,桥面两侧靠近护栏处摆放隔离带(俗称“水马”,相当于在桥面增设两排矮墙),破坏了桥钢梁的流线形状,刚巧遇到一个合适的风速,在梁体局部形成风的漩涡,由漩涡力导致的梁体振动。郑凯锋分析说,这种特定风场导致梁体振动有几种可能。第一,如果梁体抗扭刚度大,就不会发生扭转振动,但可能出现竖向弯曲或横向弯曲振动;第二,如果梁体抗扭刚度较弱,则可能出现扭转振动(如4月26日武汉鹦鹉洲桥风致轻微振动);第三,个别梁体抗扭刚度更弱,则可能出现扭转振动进一步扩散,导致梁体由局部断裂发展为整体垮塌(如1940年11月发生的美国塔科马桥风致桥毁)。“虎门悬索桥属于闭口截面钢箱梁,梁体扭转刚度较大,发生扭转振动的可能性小;同时梁很宽、横向弯曲刚度大,也不可能发生横向弯曲振动;但由于其梁高度较小,竖向弯曲刚度较低,容易发生竖向弯曲振动,此次异常振动就是这种情况,但不会扩散,所以桥梁的结构是安全的。”郑凯锋说。“一个大桥的设计方案是要经过周密的理论验算、模型验证、专家审核等环节,越是大工程,流程越严格,设计越安全。”刘晓东认为,发生这样的涡振现象,不会对虎门大桥的结构产生影响,但因为晃动不稳,会导致人车行驶的不适。目前监测技术能否预警涡振?目前许多桥梁都加装了安全监测系统,这些系统能否提前对涡振进行预警?虎门大桥为什么没有这样的监测系统?“大桥的设计方案经过了最严密的力学计算和风洞试验验证,发生涡振是十分罕见的,加装监测系统是一种更保险的方式。”刘晓东说,相比加装监测系统,平时更应该注意不要改变桥钢梁的流线设计。在刘晓东看来,虎门大桥于1997年建成通车,是我国第一座悬索结构桥梁,二十多年前,其未安装结构涡振监测系统,是因为当时信息监测技术水平尚不是很先进,更是因为桥梁的设计方案科学严谨,保证梁体具备好的抗风安全性。“近年来,有许多大桥加装了安全监测系统,可以更好的获取振频数据,可以提前采取一些预防措施,比如暂时关闭通行、对桥钢梁流线进行调节等,让车辆行驶体验更舒适。”刘晓东认为。对这次虎门大桥发生的涡振应采取什么措施应对?5月6日,郑凯锋在给相关部门提出的建议认为,此次梁体异常振动对桥梁安全没有实质性影响,但是,需要重点检查梁端4个竖向支座、两个抗风支座和伸缩缝是否局部损伤、梁体个别钢板原有少量裂纹是否加剧等。“建议在检查和必要处置后尽快恢复桥梁交通。”郑凯锋说。

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