当时中国国内的大跨径现代悬索桥技术还处于空白,虎门大桥的成功建成引领了中国桥梁建造史上的技术创新。
这就要从虎门大桥本身的设计说起了。虎门大桥位于珠江口狮子洋上,是连接珠江东、西两岸,贯穿深圳、珠海、香港、澳门的咽喉,主航道桥为单跨双铰简支钢箱梁悬索桥,是中国第一座特大型大跨度钢箱梁悬索桥,被认为标志着二十世纪中国桥梁建设的最高成就。
高耸的索塔、弯曲的缆索、沉稳的锚碇,是现代悬索桥的主要特征。由于悬索桥的吊索垂直于桥面,缆索锚固于桥两端,不会产生轴向力挤压主梁,因此悬索桥在各种体系桥梁中的跨越能力最大,跨径可以达到1000米以上。科学家认为,理论上悬索桥极限跨径可超过8000米。
横跨珠江的广州猎德大桥采用独塔自锚式悬索桥设计,与沿江的天际轮廓线相得益彰。
由于受力结构的限制,悬索桥会有两种振动,一种是影响行车舒适性的涡振,一种是影响桥梁安全的颤振。大跨径悬索桥在较低风速下存在涡振现象,是风致振动现象中的一种,在实际应用中,悬索桥呈现出的上下波形晃动在桥梁设计的预想之内,“抖”已经成了悬索桥的习惯了。而作为气动弹性力学重要问题之一的颤振与涡振不同,指的是只要具有弹性的结构,当其受到空气或液体动力、惯性力和弹性力的耦合作用时,发生了剧烈的大幅振动,便是所谓的颤振。
广东省交通运输厅、省交通集团组织了国内12位知名桥梁专家对虎门大桥的振动现象进行研判,初步判断虎门大桥5日发生振动系桥梁涡振现象,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。振动主要原因是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,产生了桥梁涡振现象。在水马移除后,涡振现象明显减弱。
冯卡门漩涡是流体力学中重要的现象,在建筑、桥梁、飞机制造设计以及船舶领域均有重要应用。
虎门大桥发生抖动,并不是国内大桥第一次经历此类事件。同为悬索桥的武汉鹦鹉洲长江大桥,也发生过类似晃动。专家表示:“这种柔性的悬索桥本身引起的变形,在桥梁设计允许挠度限值以内都是可以接受的,对桥梁结构本身也不会有太大损害。”但需要强调的是,桥梁并非“金刚不坏”之身,“在面临超出设计极限荷载的情况下,也不敢说百分百没问题。”
会抖的桥安全吗?其实,无论是梁桥、拱桥、斜拉桥、悬索桥,都是存在振幅的,只是梁桥、拱桥振幅比较小,人们不容易感觉到,产生了“不抖”的体验,而跨度更大的斜拉桥、悬索桥更容易产生人们感受到的“抖动”。抖与不抖,其实是与受力结构设计有关,不能成为单一的安全评判标准。
港珠澳大桥集桥、岛、隧于一体,是世界最长的跨海大桥,有超大的建筑规模、空前的施工难度和顶尖的建造技术
目前,我国已建梁桥、拱桥、斜拉桥和悬索桥的跨越能力,均领先世界同类桥梁跨径,我们有理由相信中国桥梁建造的领先能力,也相信桥梁的安全性得到充分的考证与调研。虎门大桥目前仍处于交通管制状态,在专业人士没有得出结论之前,我们不必过多猜测解读。
中国乃至全世界已经和桥梁的抖动斗争了几百上千年,这个问题在我们这个时代能否得到完美解决?
前浪和后浪们,都要加油啊。
- END -供图 | 袁林翰 图虫创意参考资料:
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·徐勇.拱桥的起源与石拱桥的发展[J].世界桥梁,2013,41(3):85-92.
·项海帆 潘洪萱 张圣城 范立础.中国桥梁史纲[M].上海:同济大学出版社,2009:12-135.
·新华社.《广东虎门大桥发生抖动,原因初步查明》
https://mp.weixin.qq.com/s/pjBXg2HS98GjxE-JIJGxGw
·新华社.《虎门大桥振动后续:大桥是否安全?专家这样说》
https://baijiahao.baidu.com/s?id=1665926621400003599&wfr
·环球网.《专家解读虎门大桥为何“抖动” 》
https://www.sohu.com/a/393442949_162522?
·科技日报.《为什么说虎门大桥是安全的?》
http://www.xinhuanet.com/local/2020-05/07/c_1125950011.htm?baike
·阮欣.《说说桥梁的那些事儿》
https://www.cdstm.cn/gallery/media/mkjx/kx24xs/201803/t20180313_722028.html
·新闻e哥.《世界上最著名的十座斜拉桥中,中国占了八座。》
https://www.sohu.com/a/120904556_412444
·贵州省旅游局.《又一“世界之最”在贵州诞生!北盘江特大桥这些公开的“秘密”你知道吗?》
https://www.sohu.com/a/108106878_395859
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