虎門大橋異常抖動到底怎么回事？港珠澳大橋抗風試驗專家詳解

每經記者 黃名揚    每經編輯 劉艷美    

昨天（5月5日）下午，廣東虎門大橋發(fā)生異常抖動，引發(fā)全網關注。

5月6日上午，據(jù)“廣東交通集團”微信公眾號通報，廣東省交通運輸廳、省交通集團連夜組織國內12位知名橋梁專家召開專題視頻會議進行了研判。

通報稱，專家組初步判斷，虎門大橋懸索橋本次振動主要原因是，由于沿橋跨邊護欄連續(xù)設置水馬，改變了鋼箱梁的氣動外形，在特定風環(huán)境條件下，產生的橋梁渦振現(xiàn)象。

根據(jù)現(xiàn)有掌握的數(shù)據(jù)和觀測到的現(xiàn)象分析，虎門大橋懸索橋結構安全可靠，此次振動也不會影響虎門大橋懸索橋后續(xù)使用的結構安全和耐久性。

振動發(fā)生后，大橋管理部門隨即封閉大橋，并拆除兩側護欄的擋墻（水馬）。不過，據(jù)@新華視點 消息，過去23個小時內，虎門大橋出現(xiàn)多次振動幅度增強周期。截至5月6日14點30分，虎門大橋振動情況開始減弱。

視頻截圖

作為參加上述專題視頻會議的專家之一，西南交通大學教授廖海黎及其團隊曾承擔港珠澳大橋所有通航孔橋和鋼箱梁非通航孔橋的抗風性能研究工作，為港珠澳大橋的抗風設計，以及風致振動抑制措施提供了科學依據(jù)。

為什么虎門大橋仍未停止振動？有沒有安全風險？對于諸多熱點問題，廖海黎接受《每日經濟新聞》記者（下稱“NBD”）專訪，作了詳細解讀。

虎門大橋：

1997年建成通車的虎門大橋，是廣深珠高速公路網主要組成部分，連接珠江兩岸。該橋投資近30億元，是國家重點工程，也是我國第一座大跨度鋼箱梁懸索橋。其無論設計還是施工，均為國內首次嘗試，在我國橋梁史上具有特殊地位，多項技術曾獲創(chuàng)新大獎。

圖片來源：攝圖網

1.過大的振動是不正常的

NBD：虎門大橋橋梁專業(yè)人員此前回應，橋梁遇到特殊風況會晃動是正常的，一般遇到旋渦風橋面晃動比較大，您能更詳細地解釋一下嗎？

廖海黎：橋梁結構振動是正常的，不可能沒有振動。不管是風的作用，還是車輛的作用都有振動，只要振動不大、人感受不到，這種振動就是無害的。

虎門大橋是大跨度的懸索橋，屬于柔性橋梁。懸索橋柔性較大，優(yōu)點是跨越能力強、跨度大，但缺點是風的作用下容易發(fā)生振動。振動是正常的，但過大的振動就是不正常的，過大的振動至少會影響行車的舒適性；如果振動太大，還會影響行車的安全性。

2.要完全恢復靜止需要時間

NBD：虎門大橋昨天的異常抖動算是大幅度振動嗎？有人提出，之前虎門大橋遭遇超級臺風“山竹”都沒晃得這么厲害，那您認為虎門大橋這次異常振動的原因是什么？

廖海黎：從視頻上看，振動的幅度相當不小了，屬于異常振動。

昨天我們也在專家會上討論過，現(xiàn)在的共識，是由于大橋這一階段正在做吊索更換，這是一個正常維修，但更換吊索時，橋面上擺放了很多“水馬”，即塑料臨時隔離裝置。我們認為這是誘發(fā)大橋發(fā)生振動的一個原因。

所以這次異常振動，初步判斷并非在正常運行狀態(tài)下發(fā)生，而是由于臨時放置的設施引起。如果撤掉水馬橋梁恢復到以前的正常狀態(tài)，這種異常振動應該就不會一直存在；如果渦振仍未停止，其原因可能需要有具體觀測數(shù)據(jù)才能判斷。一個上萬噸的鋼鐵巨物一旦被發(fā)動起來，要完全恢復靜止也是需要時間的，因為風還在不停地吹著。

虎門大橋 圖片來源：攝圖網

3.渦激振動不影響橋梁結構安全

NBD：國內外類似的大橋異常振動普遍嗎？原因是否都是相似的？

廖海黎：從丹麥的大海帶橋，到日本東京灣橋、俄羅斯伏爾加河大橋，再到前段時間武漢的一座懸索橋——鸚鵡洲大橋晃動，不管國內還是國外，發(fā)生風致振動的報道還是有一些。

這些橋梁的振動，原因基本上都是同一類型，即渦激振動。渦激振動是風致振動的一種，其特點是在較低的風速下，如三、四、五級風，就可能發(fā)生振動。這也意味著這種振動出現(xiàn)的頻率會比較高；渦激振動的另一個特點，是振幅有限，這種振動對橋梁結構自身的安全性不會造成影響，影響主要還是體現(xiàn)在對人的舒適性、行車的安全性上。

4.不用擔心虎門大橋被“吹垮”

NBD：一些公眾擔心這種振動會不會越來越大，甚至演變?yōu)閲獬霈F(xiàn)過的橋梁被“吹垮”的情況？

廖海黎：國外的確出現(xiàn)過這種情況。美國的塔科馬海峽吊橋1940年7月通車，4個月后就被風吹垮。該橋開始是小幅度振動，后來風越來越大、振動越來越大之后橋毀掉了。

不過，對虎門大橋應該說不擔心這個問題。橋梁的風致振動有很多類型，我們比較關注的主要是兩種類型的振動，一是渦激振動，另一個就是顫振。顫振是一種在很高風速下，可能破壞橋梁結構的嚴重振動。虎門大橋發(fā)生顫振的風速實際上比超級臺風還要高。

在美國1940年塔科馬吊橋坍塌后，顫振就被作為大跨度橋梁設計中第一重要的因素來考慮，現(xiàn)在的科技手段能夠保證橋梁在壽命期不發(fā)生顫振。所以經過專門抗風試驗的大跨度橋梁，只要試驗、設計和施工中沒有什么失誤，抗風安全性都是有充分保證的。

塔科馬吊橋坍塌后，世界上再沒有一座橋梁因為顫振發(fā)生問題。虎門大橋當時渦激振動和顫振的試驗肯定都做過，這次發(fā)生的渦激振動是非正常因素導致的偶發(fā)振動。

5.對“老橋”抗風性無須擔心

NBD：虎門大橋1997年建成通車，之后橋梁的抗風設計和風致振動抑制措施還在不斷向前發(fā)展。不少人關心，在那之前的“老橋”抗風性會不會相對較差？未來長期運行中是否安全？

廖海黎：虎門大橋到現(xiàn)在已經通車20多年了，包括抗風設計技術在內的各方面技術有了長足進步，但“老橋”的抗風安全性應該不用擔心。

一方面，過去技術也好、認識也好，比現(xiàn)在肯定會有差距，但當時虎門大橋設計時，抗風能力已經能夠保證橋梁安全了。后來為了讓橋梁運行更安全、更好，我們還在不斷做一些新技術研發(fā)。例如橋梁減振技術，應該說就比20多年前要進步了很多。

另一方面，虎門大橋是我國第一座大跨度鋼箱梁懸索橋，具有里程碑意義。在那之前，我國的大橋基本上都不是懸索橋、斜拉橋等所謂的柔性橋梁，柔性橋梁在我們國家的發(fā)展，也就是近20多年的事情。

在這之前更老的一些大橋，如1957年建成的武漢長江大橋等，都是桁架梁形式，屬于梁橋。梁橋的跨度不如柔性橋大，但抗風性能卻比柔性橋梁要好，所以那些“老橋”在抗風方面無須擔心。

武漢長江大橋 圖片來源：攝圖網

6.港珠澳大橋克服臺風難題

NBD：那么，在橋梁抗風問題上，全球范圍內是否還有什么技術瓶頸？港珠澳大橋規(guī)模更大，其抗風方面有什么突破或創(chuàng)新？

廖海黎：現(xiàn)在已經開始發(fā)展超大跨度橋梁了，這對柔性橋梁的抗風提出了更高要求。

實際上，土耳其目前已經在建設超過2000米的懸索橋，我國也正在規(guī)劃跨度超過2000米的橋梁。超大跨度懸索橋可能會帶來一些新的問題，如非線性問題，這就需要在設計理論、方法、技術上都有新的發(fā)展才能夠適應需求。

港珠澳大橋全長50多公里，整體上雖是一個很長的橋，但其中大部分都是普通的、跨度不大的橋梁，只有幾座在航道上的通航孔橋屬于大跨度柔性橋梁——斜拉橋。從斜拉橋的跨度對比，世界范圍內這幾座橋的跨度實際上又不算大了，國內外比其跨度大的斜拉橋還有不少。

圖片來源：港珠澳大橋管理局

但是港珠澳大橋所處的地理位置比較特殊，當?shù)亟洺０l(fā)生臺風，所以當時這幾座通航孔橋的抗風設計中需要克服一些技術難題。當時我們團隊專門針對這些難題做抗風試驗，對于渦激振動和顫振等，也都采取了一些技術上的措施，能夠保證橋梁運行的安全和舒適性。