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大桥主体结构安全 涡振需时间来平息

2020-05-07 08:53

南都讯 虎门大桥出现涡振现象备受关注。昨日下午,在虎门大桥管理中心,广东省交通运输厅、省交通集团组织的专家组成员,中交公路规划设计院教授级高工、业务总监、著名桥梁专家吴明远,虎门大桥副总工程师张鑫敏接受采访,回复了媒体及网友关注的热点问题。

据悉,继5月5日涡振后,虎门大桥在昨日凌晨和上午仍出现涡振现象。为何还出现振动?吴明远表示,虎门大桥是主跨达888米的大型悬索桥,重量达到15000吨以上,振动后需要有足够的时间来平息。在首次出现涡振20个小时后,也就是6日中午12点半之后,振动已经平息。另外,涡振是在低风速情形下产生的,现在虎门大桥桥面平均风速在10m/s左右,它影响的是车辆行驶的舒适性,不同于颤振影响的是桥梁的安全性,当前桥梁主体结构是安全的。

5日晚的专家意见认为,此次振动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,产生的桥梁涡振现象。吴明远也持这一研判观点,他解释,悬索桥的截面都是流线型,水马的安置使得流线型钢箱梁钝化了,所以容易发生涡振,现在桥上水马已经全部撤离,桥梁整体趋于平静,桥面已经没有较大波动。但何时恢复通车,目前尚不能确定。

对于虎门大桥是否超负荷运行,吴明远表示,在桥梁荷载试验标准内运行的都是安全的,近期虎门大桥对大货车等车辆实行限行,相对而言是安全的。实际上,当前虎门大桥的车流量也在正常范围内。

有关虎门大桥的检测和维护工作,张鑫敏介绍,虎门大桥管理中心一直在做“加法”。“国家对高速公路桥梁的建设、养护有明确规范要求,要建好也要养好,我们对虎门大桥的巡检和保养都在要求上增加了频次。”

南都讯 虎门大桥为何还有抖动?是使用年限过长吗?5月5日下午,虎门大桥悬索桥桥面发生明显振动,专家初步判断,本次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。目前,虎门大桥将继续封闭双向交通,有关单位正全力加快检测。虎门大桥安全通行备受关注,此次抖动是否意味着虎门大桥出现质量问题?南都记者采访了哈尔滨工业大学(深圳)土木与环境工程学院教授肖仪清,以期解释市民关注的十个话题。

肖仪清博士是哈尔滨工业大学(深圳)土木与环境工程学院副院长、教授,也是土木工程学会结构与桥梁分会风工程专业委员会委员、振动工程学会随机振动专业委员会理事、中国建筑学会抗震防灾分会结构减震控制专业委员会委员。在5日虎门大桥出现振动后,肖教授接受人民日报采访时就表示,振动原因是因为水马改变断面流线引发涡激共振。

肖仪清:悬索桥属于柔性桥,大跨径悬索桥出现小幅振动属于正常现象,这次产生涡振的虎门大桥主跨径达888米。悬索桥有时在较低风速下产生振动,幅度较小眼睛不能分辨,在特殊条件下会产生较大振幅,5日下午出现的振动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。如果水马拆除之后还有显著振动,则需要做专门性的检测和研究。

肖仪清:这个无法确定。如果水马完全拆除仍有显著振动,则需要对虎门大桥做一次全面的检测评估,包括桥面结构的整体性、悬索和吊杆的张力等各个关键性构件,评估之后才能放心。

肖仪清:桥的振幅有一个安全界限,如果超过这个界限就会出现问题,同时它还有个正常使用界限,是指振幅没有超过安全界限,但不适宜行驶车辆,当天虎门大桥就属于这个情况。虎门大桥这次振动是涡激共振,它是一种限幅振动,即在稳定的条件下产生较为稳定的振幅;但是像1940年美国塔科马大桥倒塌,是颤振和驰振偶合的结果,这是一种发散型振动。虎门大桥没有倒塌风险,是因为涡激共振的振幅还远未达到倒塌的临界值。

肖仪清:主要就是依据桥梁振幅没有达到相关限值。比如,一把塑料尺子,你想给他掰得变形,它是会变形,但并不会断。但如果再用力掰,过了限值它就断掉了,这个限值就是我们判断的一个依据。当然,这个结论还需要根据现场掌握的数据和观测到的现象综合分析。

肖仪清:出现涡振的因素是多方面的,但不会是因为使用了20多年年限过长的缘故。大桥的修建都有一个设计使用寿命,一般都是100年,一些特大型重点桥梁的设计使用年限还会更长。但不是说一个桥梁100年它都不会坏,桥梁一定要正常设计、正常施工、正常使用、正常维护,在这四个正常的情况下才可以保证它的安全。

肖仪清:涡振产生有特定的条件,柔性悬索桥出现振动是正常的,并不是能说看到振动就代表桥有问题,桥梁究竟是否有质量问题,需要严格的检测和评定。

肖仪清:如果水马拆除之后,显著振动现象可以消除,则可以较快通车。否则,需要先找出问题,再制定合理可行的改进方案,然后予以实施,找出问题并且系统性地去研究它,都是需要一定的时间。

肖仪清:首先是体验感很差,行驶在晃动的桥上觉得心里不托底,我们都是希望脚踏实地,开车也希望车踏实地,如果行驶的时候会晃,即便安全,车主心里都是觉得很不安的。其次桥梁较大幅值振动还会影响行车轨迹,导致交通事故风险增加。

肖仪清:不太大。现在相关单位已经组织专家研究,研究之后如果发现问题,肯定是会有技术整改或者加固措施。

肖仪清:以后如果要做全桥的维护,整个桥面都要用水马阻挡,还会改变断面气动特性,应该尽量先评估一下,这种评估现在也比较好做,就是在CFD计算流体动力学软件平台当中进行一些模拟分析,就可以得出一些基本的参考结果。此外,结构健康监测系统的推广应用,也可以收集掌握桥梁全寿命的运行信息,可以更好地用于桥梁结构安全预警和事件之后的安全评估与原因排查。