涡振现象怎么引起的_虎门大桥悬索桥振动主要原因

5月5日下午2时许,广东东莞虎门大桥悬索桥桥面出现抖动情况,影响车辆正常通行。随后,当地交警采取交通管制措施,对悬索桥双向交通全封闭。

5月6日,广东省交通集团官方微信公众号称,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,虎门大桥悬索桥振动主要原因: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,产生桥梁涡振现象。

专家组研判结果公布后,依然未能解除民众疑惑:虎门大桥为何要大修?大桥涡振是否与主缆损耗、吊索断裂有关?更换构件是否损坏大桥原本性能?大桥究竟何时能通车?……诸多问题引发网友热议。

5月10日,虎门大桥钢梁的设计者之一、西南交通大学土木工程学院教授郑凯锋告诉上游新闻(报料微信号:shangyounews),虎门大桥是安全的,公众无需紧张和恐慌。虎门大桥从1997年6月通车至今近23年,期间经历多次强台风,都没有异常振动,证明桥梁能够安全抗击大风。此次涡振没有实质性影响桥梁安全,他建议在检查和必要处置后尽快恢复交通。

同日,中国工程院院士,湖南大学土木工程学院教授、博士生导师,湖南大学风工程试验研究中心主任陈政清向上游新闻表示,虎门大桥作为中国最早的悬索桥之一,从设计上说是没有问题的。此次涡振对于大桥整体来说没有太大影响,后续经修缮、保养依然可以维护大桥性能。

5月11日9时许,中国交通报官方微博“交通发布”公布了虎门大桥涡振原因:据专家分析,水马是涡振诱因,虎门大桥结构安全,相关抑振措施正在研究实施中。

涡振现象怎么引起的_虎门大桥悬索桥振动主要原因

5月9日,虎门大桥涡振之后已被关闭,相关部门正在对大桥进行全面检修。 航拍/上游新闻记者 王敏

超负荷:虎门大桥交通拥堵是常态

对于珠江口东西两岸的城市群,虎门大桥的重要作用不言而喻。

虎门大桥于1992年10月28日动工建设,1997年6月9日建成通车;全长4588米,双向6车道,日均饱和标准车流量为8万辆,主孔通航净高60米,桥下可双向通行5万吨海轮。

作为首座跨越珠江口东西两岸的大型桥梁,虎门大桥不仅支撑了珠三角经济的快速发展,并引领了中国桥梁建造史上的技术创新。拥有18项国内或国际先进水平工程技术和工艺的虎门大桥,一度代表着二十世纪中国桥梁建设的最高成就。

另外,虎门大桥主桥为跨径888米的钢箱梁悬索桥,为中国第一座大规模大跨度的现代悬索桥,在当时被称为“中国第一跨”;辅航道桥为主跨270米的预应力混凝土连续刚构桥,是当时同类型桥梁世界之最,被誉为“世界刚构第一桥”。

虎门大桥投入使用后,成为莞佛高速公路重要组成部分。虎门大桥段作为珠江口核心区域的一条重要的过江通道,是广东省高速公路网“十二纵七横”中第五横通道中的莞佛高速过江段。

广东省交通运输厅于2019年4月公布资料显示,截至2018年底,连接珠江口东西两岸的公路跨江通道中建成通车的有珠江黄埔大桥、虎门大桥、港珠澳大桥等3条桥。

作为珠江口东西两岸城市的跨江大桥,投入使用后的虎门大桥在二十年余间的日均行车状况,交通负荷大,交通拥堵成为常态。

郑凯锋告诉上游新闻记者,虎门大桥原来设计交通量是日均8万车次,前些年交通量非常大,有时日均超过15万车次,有小段时间还有超载车辆。2019年4月南沙大桥(即虎门二桥)通车后已经分流的不少车流,特别是重车。

据2019年3月8日中新网报道,虎门大桥车流量饱和值超1倍,需检测“保养”,限行核定载10吨以上货车。多位业内人士告诉记者,超负荷、拥堵成常态,给虎门大桥的性能造成一定损耗,对大桥进行定期修缮也是正常操作。

涡振现象怎么引起的_虎门大桥悬索桥振动主要原因

网传“虎门大桥发生异常抖动的检测结果”,实际上是2019年11月《莞佛高速虎门大桥段大修改造工程方案设计汇报》。该文件显示,虎门大桥有吊索钢绳断裂,还有主缆开缆检查腐蚀较严重。图片来源/网页截屏

检验报告:虎门大桥主缆腐蚀较严重

2019年下半年,虎门大桥大修计划被提上议程。

上游新闻记者获得的一份据称是中交公路规划设计院有限公司于2019年11月作出的《莞佛高速虎门大桥段大修改造工程方案设计汇报》(简称报告)显示,该报告囊括虎门大桥工程概况、交通量分析与预测、技术标准、建设条件、桥梁方案、问题与建议。

报告称,由于长期超负荷运营,造成虎门大桥主、引桥病害严重,部分结构需更换。以往局部加固效果的持续性较差,在重交通作用下,结构进一步劣化,难以从根本上解决结构病害问题,因此本次对病害严重的桥梁提出结构大修方案。

报告显示,国家道路及桥梁质量监督检验中心《虎门大桥悬索桥检验报告》(2018年3月)指出:虎门大桥悬索桥技术状况评定为3类桥,处于“有中等缺损,尚能维持正常使用功能”。《莞佛高速虎门大桥悬索桥钢箱梁专项检查报告》(2018年3月) 指出:“目前虎门大桥悬索桥钢箱梁抗疲劳性能,不能满足剩余设计使用年限的需求。”

此外,悬索桥主缆开缆检查发现:1.中跨跨中位置附近主缆顶、底面腐蚀较严重;2.入东锚口处位置附近主缆两侧腐蚀较严重。中跨和入东锚口处主缆位置均有3-4层腐蚀较严重的钢丝,继续往主缆中心腐蚀较轻。吊索上游侧38号吊索钢丝绳断裂,发生于钢箱梁内侧锚头处,旧索从内而外发生锈蚀。已拆除吊索又发现多根出现锈蚀。

5月11日12时许,上游新闻记者欲就上述报告的真实性,多次联系中交公路规划设计院有限公司,其多个部门的办公电话均无人接听。

涡振现象怎么引起的_虎门大桥悬索桥振动主要原因

根据网传“虎门大桥发生异常抖动的检测结果”,有人据此认定虎门大桥异常抖动与吊索钢绳断裂、主缆腐蚀较严重有关。图片来源/网页截屏

专家认为:大桥病害与涡振无直接关系

目前,这份报告部分内容流传于网络,不少网友质疑悬索桥主缆损耗和吊索钢丝绳断裂,是否为导致大桥涡振的原因之一?

郑凯锋对此进行了否认,他称两者间没有直接关系,大桥涡振由主要由水马诱发。

郑凯锋介绍,桥梁进行维修时,在护栏内侧摆放隔离带,俗称水马。 摆放隔离带是考虑施工安全,但这种隔离带会影响气流的通透性。风导致桥梁振动是相对复杂的空气动力学问题,世界多座桥梁都出现过。通俗一点说,遇到特定的中等风(非台风和强台风),在局部形成风的漩涡,由漩涡力诱发的梁体振动;当天虎门大桥撤除了隔离带,振动逐步就减缓。

5月9日,同济大学土木工程学院土木工程防灾国家重点实验室教授、原同济大学风洞试验室主任、虎门大桥主桥风洞试验的参与者宋锦忠在接受《财经》采访时表示,由于维修更换吊索时,桥面还在正常通车,施工方担心作业时过往车辆碰到吊索和维修人员,特地设立了两面水马挡墙,这就把桥的断面外形全部破坏掉了,涡振就可能马上出现。恰巧,当时空气中的风均匀地吹过来,形成了稳定的层流,吹拂到断面上,赶上特殊的夹角,就在主梁断面的下游形成了有规则的运动旋涡,它的振动频率和结构的某个频率一致进而导致涡激共振。

也有人质疑,虎门大桥在检修过程中换置吊索等材料,改变了大桥原本的性能,最终造成涡振。

郑凯锋告诉上游新闻记者,由水马诱发的涡振与替换构件没有关系。虎门大桥这次维修是更换吊索;简单说,就是用新的替换原有旧的,目的是为了保持桥梁原来的性能。涡振之后,虎门大桥仍然可以继续维修,只是不能采用原来的水马隔离带,必须用通透性好的隔离带。

涡振现象怎么引起的_虎门大桥悬索桥振动主要原因

5月9日,虎门大桥涡振之后已被关闭,相关部门正在对大桥进行全面检修。 摄影/上游新闻记者 王敏

做好服务:悬索桥能运行100年

在大跨度的桥梁设计中,在目前看来较为安全的悬索桥是设计师的重要选择之一

中国工程院院士陈政清告诉上游新闻记者,一般来说,桥梁的设计寿命为100年,一些重点项目的设计寿命会更长。如何充分利用悬索桥设计寿命,是国内外桥梁设计师在不断探讨的问题。

1937年完工并投入使用的美国金门大桥,如今已经有83年历史;布鲁克林大桥于1883年通车,如今已有137年历史。陈政清称,悬索桥维持100年的使用寿命并不是不可能。

陈政清表示,中国在20世纪90年代开始兴建悬索桥,虎门大桥作为中国最早的悬索桥之一,从最初设计上是没有问题的。此次涡振对于大桥整体来说没有太大影响,后续进行修缮、保养依然可以维护桥的性能。

陈政清认为,桥梁构件在使用中出现老化、性能变差是正常情况,只要及时维修、护养等,桥梁就不会有大问题。比如吊索钢丝绳断裂,那就更换索吊;主缆锈蚀,就加强主缆除湿、除锈等。如今在中外诸多悬索桥维修过程中使用的更替材料,相对最初桥梁使用的原材料,应该更加先进和优质,也会让桥梁的性能变得更好。

宋锦忠对媒体称,只有从建设方、设计、施工、监理、科研、维保等各方面达到一定的水准,做到全寿命服务,才能让一座桥在100年至150年的服役期里面,正常地运营、服务大众。

虎门大桥经历涡振之后何时通车,也是公众关切的方向之一。

5月9日晚,上游新闻记者在现场通过航拍观察到,虎门大桥仍在进行车辆荷载试验。

宋锦忠接受媒体采访时称,5月9日晚,虎门大桥进行了40余辆车的荷载试验,结果发现桥面仍存在一定的涡振现象。同时经过检测发现,桥梁的刚度没有问题,但体现桥梁抗振设计的重要参数已经低于国标。阻尼从设计时的国标规范0.05降至0.01,这代表大桥的抗振能力降低了。测试结果还显示,振幅很小,本质上不影响桥梁安全;建议虎门大桥应该马上通车,“桥没有安全问题,没有稳定问题,只有舒适度的问题。”

郑凯锋告诉上游新闻记者,虎门大桥是安全的,公众无需紧张和恐慌。虎门大桥从1997年6月通车至今近23年,期间经历多次强台风,都没有异常振动,证明桥梁能够安全抗击大风。此次涡振没有实质性影响桥梁安全,但需要重点检查梁端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。他建议在检查和必要处置后尽快恢复交通。

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