橋面晃成波浪引發(fā)熱議,專家判斷——

虎門大橋結(jié)構(gòu)安全可靠 不影響后續(xù)使用

虎門大橋懸索橋橋面發(fā)生明顯振動(dòng)引發(fā)熱議。5月6日,廣東交通集團(tuán)官方回應(yīng)稱,已經(jīng)對(duì)大橋進(jìn)行了全面檢測(cè),據(jù)專家組判斷,虎門大橋之所以發(fā)生振動(dòng),是因?yàn)闃蛄簻u振現(xiàn)象,而懸索橋結(jié)構(gòu)安全可靠,不會(huì)影響大橋后續(xù)使用的安全和耐久性。

為什么說(shuō)虎門大橋是安全的?

“懸索橋?qū)︼L(fēng)非常敏感,因此在設(shè)計(jì)上就要做許多抗風(fēng)的安全措施,并進(jìn)行全面風(fēng)洞試驗(yàn),驗(yàn)證橋梁的抗風(fēng)穩(wěn)定性。”中交公路規(guī)劃設(shè)計(jì)院副總經(jīng)理、總工程師劉曉東說(shuō),對(duì)鋼箱梁的形狀基本是做流線形設(shè)計(jì),抗風(fēng)性能最優(yōu),而虎門懸索橋設(shè)計(jì)就采用了寬度35.6米、高度3.0米、兩側(cè)為梭形風(fēng)嘴的流線型扁平鋼箱梁。

虎門大橋鋼梁設(shè)計(jì)者之一、西南交通大學(xué)教授鄭凱鋒說(shuō),風(fēng)導(dǎo)致橋梁振動(dòng)是相對(duì)復(fù)雜的空氣動(dòng)力學(xué)問(wèn)題,世界多座橋梁出現(xiàn)過(guò)這種現(xiàn)象。虎門大橋是我國(guó)沿海地區(qū)第一座大跨懸索結(jié)構(gòu)橋梁,1993年在橋梁設(shè)計(jì)過(guò)程中,設(shè)計(jì)部門就委托北京大學(xué)和同濟(jì)大學(xué)等單位進(jìn)行鋼箱梁截面風(fēng)洞試驗(yàn)研究,結(jié)果均表明其空氣動(dòng)力性能良好。

虎門大橋主橋是一座單跨888米的超大跨徑懸索橋,是我國(guó)首座加勁鋼箱梁懸索橋,經(jīng)歷了10多年的設(shè)計(jì)、研究和施工后建成通車,是我國(guó)早期建設(shè)的超大跨徑橋梁的代表作。

“從1997年6月通車至今近23年,期間經(jīng)歷多次強(qiáng)臺(tái)風(fēng),虎門大橋沒(méi)有發(fā)生如此嚴(yán)重的異常振動(dòng),證明橋梁設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)安全性能有保證。”劉曉東說(shuō),此次發(fā)生渦振,現(xiàn)場(chǎng)風(fēng)力也僅5級(jí)左右,只是因?yàn)閼宜鳂虻跛髟谶M(jìn)行定期更換,橋面兩側(cè)靠近護(hù)欄處擺放著隔離帶(俗稱“水馬”,相當(dāng)于在橋面增設(shè)兩排矮墻),破壞了橋鋼梁的流線形狀,剛巧遇到一個(gè)合適的風(fēng)速,在梁體局部形成風(fēng)的漩渦,由漩渦力導(dǎo)致梁體振動(dòng)。

鄭凱鋒分析說(shuō),這種特定風(fēng)場(chǎng)導(dǎo)致梁體振動(dòng)有幾種可能。第一,如果梁體抗扭剛度大,就不會(huì)發(fā)生扭轉(zhuǎn)振動(dòng),但可能出現(xiàn)豎向彎曲或橫向彎曲振動(dòng);第二,如果梁體抗扭剛度較弱,則可能出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)振動(dòng)(如4月26日發(fā)生的武漢鸚鵡洲橋風(fēng)致輕微振動(dòng));第三,個(gè)別梁體抗扭剛度更弱,則可能出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)振動(dòng)進(jìn)一步擴(kuò)散,導(dǎo)致梁體由局部斷裂發(fā)展為整體垮塌(如1940年11月發(fā)生的美國(guó)塔科馬橋風(fēng)致橋毀事件)。

“虎門懸索橋?qū)儆陂]口截面鋼箱梁,梁體扭轉(zhuǎn)剛度較大,發(fā)生扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的可能性小;同時(shí)梁很寬、橫向彎曲剛度大,也不可能發(fā)生橫向彎曲振動(dòng);但由于其梁高度較小,豎向彎曲剛度較低,容易發(fā)生豎向彎曲振動(dòng),此次異常振動(dòng)就是這種情況,但不會(huì)擴(kuò)散,所以橋梁的結(jié)構(gòu)是安全的。”鄭凱鋒說(shuō)。

“一個(gè)大橋的設(shè)計(jì)方案要經(jīng)過(guò)周密的理論驗(yàn)算、模型驗(yàn)證、專家審核等環(huán)節(jié),越是大工程,流程越嚴(yán)格,設(shè)計(jì)越安全。”劉曉東認(rèn)為,發(fā)生這樣的渦振現(xiàn)象,不會(huì)對(duì)虎門大橋的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響,但因?yàn)榛蝿?dòng)不穩(wěn),會(huì)導(dǎo)致人車行駛的不適。

目前許多橋梁都加裝了安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng),這些系統(tǒng)能否提前對(duì)渦振進(jìn)行預(yù)警?虎門大橋?yàn)槭裁礇](méi)有這樣的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)?

“大橋的設(shè)計(jì)方案經(jīng)過(guò)了最嚴(yán)密的力學(xué)計(jì)算和風(fēng)洞試驗(yàn)驗(yàn)證,發(fā)生渦振是十分罕見的,加裝監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是一種更保險(xiǎn)的方式。”劉曉東說(shuō),相比加裝監(jiān)測(cè)系統(tǒng),平時(shí)更應(yīng)該注意不要改變橋鋼梁的流線設(shè)計(jì)。

虎門大橋于1997年建成通車,是我國(guó)第一座懸索結(jié)構(gòu)橋梁,在劉曉東看來(lái),20多年前其未安裝結(jié)構(gòu)渦振監(jiān)測(cè)系統(tǒng),是因?yàn)楫?dāng)時(shí)信息監(jiān)測(cè)技術(shù)水平尚不是很先進(jìn),更是因?yàn)闃蛄旱脑O(shè)計(jì)方案科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn),保證梁體具備好的抗風(fēng)安全性。

“近年來(lái),有許多大橋加裝了安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng),可以更好地獲取振頻數(shù)據(jù),以便提前采取一些預(yù)防措施,比如暫時(shí)關(guān)閉通行、對(duì)橋鋼梁流線進(jìn)行調(diào)節(jié)等,讓車輛行駛體驗(yàn)更舒適。”劉曉東說(shuō)。

對(duì)這次虎門大橋發(fā)生的渦振應(yīng)采取什么措施應(yīng)對(duì)?5月6日,鄭凱鋒向相關(guān)部門提出的建議認(rèn)為,此次梁體異常振動(dòng)對(duì)橋梁安全沒(méi)有實(shí)質(zhì)性影響,但是,需要重點(diǎn)檢查梁端4個(gè)豎向支座、2個(gè)抗風(fēng)支座和伸縮縫是否局部損傷,梁體個(gè)別鋼板原有少量裂紋是否加劇等。“建議在檢查和必要處置后盡快恢復(fù)橋梁交通。”鄭凱鋒說(shuō)。(記者 矯 陽(yáng))