就是因为它！虎门大桥波浪式振动的权威解释来了

一夜之间，大家都知道了一个词—— 涡振 文|赵垠垠编辑|小豆
5月5日下午14时许，连接珠江两岸的广东虎门大桥出现异常抖动，且抖动幅度较大，呈波浪式上下晃动，引得不少网友惊呼“没想到桥梁还可以抖动得这么厉害”。下午16时34分起，虎门大桥持续实施双向全封闭。



6日凌晨，广东省交通集团通报称，专家组判断，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。另据新华社报道，6日凌晨，从虎门大桥管理中心实时监控画面看到，大桥仍有肉眼可见的轻微振动。
对于很多人而言，大桥肉眼可见的晃动实属罕见，惊心动魄之余，其背后的原因以及对大桥安全性的影响成为了大家最关注的话题。
虎门大桥为何振动？
桥梁专家、华南理工大学土木与交通学院教授颜全胜昨日在接受《南都周刊》采访时表示，“这是一个正常的现象，一般而言，我们称之为‘涡振’，特殊风况加上柔性桥梁，就容易产生这种晃动，振动幅度有大有小。”这一说法，与广东省交通集团发布的专家组说法一致。
据南方都市报报道，广东省交通运输厅、省交通集团昨日连夜组织国内12位知名桥梁专家召开专题视频会议，对虎门大桥桥面振动现象进行了研判。
昨晚，路桥工作人员在虎门大桥上勘察。（图源：南方都市报）
专家组初步判断，虎门大桥悬索桥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，产生的桥梁涡振现象。大跨径悬索桥在较低风速下存在涡振现象，振动幅度较小不易察觉，仅在特殊条件下会产生较大振幅，不影响桥梁结构安全，会影响行车体验感、舒适性，易诱发交通安全事故。

专家初步判断虎门大桥振动原因：水马改变气动外形产生涡振。（视频来源：南方+）

桥梁风工程研究专家葛耀君解释道：当前虎门大桥正在修吊杆和主缆，桥梁两边为防止车撞放置了临时挡墙，也就是俗话说的水马，水马改变了桥梁外形，原来桥梁结构是非常流线型的，加了（水马）就变得非常钝体了，所以容易引起涡振。他估计这次振动幅度为几公分或者十几公分，虽然看上去振动很大，但桥梁强度安全性没有问题。葛耀君表示，桥梁振动会让人觉得不舒服，车开上去也会有危险，所以要暂停车辆通行。解决办法就是，加了什么拿掉什么，短时间内或还会有振动，因为能量还没耗散掉。
那么，什么是涡振呢？
涡振，又称涡激振动，是桥梁结构的一种风致振动形式。当近地风绕过桥梁时，可能会让桥梁上下或左右出现压力变化，这一股力量可能会引起结构有限振幅的振动，这就是涡振。
什么叫涡振？ 虎门大桥大修办公室相关负责人回应 ↓↓ （视频来源：央视新闻）

至于颜教授提到的天气因素，根据广州市气象局官方微博@广州天气 于5日晚发布的微博，“虎门大桥因受主桥风速大影响，虎门大桥站15-17时基本都有6-7级大风维持。一般瞬时风6-7级比较常见，持续两个小时，还是比较少见的。”
一般而言，6-7级大风的强度大概能使陆地大树摇动，迎风步行明显感觉不便，举伞困难。
管青海等学者在论文《栏杆对典型桥梁断面涡激振动的影响研究》中，通过风洞试验分别研究了有无栏杆桥梁断面的涡激振动，经对比研究发现，裸梁断面没有发生涡激振动；而有栏杆断面则发生了明显的竖向涡激振动现象。
公开资料显示，虎门大桥于1999年竣工正式投入使用，至今已经运营20余年。这一大桥是广深珠高速公路上的特大桥梁，主航道桥是我国第一座现代化公路悬索桥。作为珠江三角洲高速公路网的重要组成部分，虎门大桥对珠三角的经济发展、人口流动有着重要的沟通作用。

虎门大桥全长4588米，日均饱和标准车流量为8万辆，而2016年其交通量换算成标准小客车为每日14.19万辆，饱和度达到1.77倍。车流量的激增不仅说明了珠江口经济高速成长，也同样表明，虎门大桥长期处于高负荷运转状态。
因此，为缓解交通高负荷压力，其姊妹桥南沙大桥于2003年投入建设，并已于2019年4月2日通车。
最近半月内，大桥晃动并不是第一次进入人们的视野。与虎门大桥同为悬索桥的武汉鹦鹉洲大桥，也曾于上月26日下午5时许出现桥体明显上下起伏，桥面呈波浪形晃动的现象。

据武汉桥梁处在微博发布的声明称，“（武汉鹦鹉洲大桥）此次桥梁异常振动系特定风况引起，振幅在设计允许范围内。” 从这一解释看来，两桥晃动原因相似，都是悬索桥遇特殊风况。
其实中外历史上，大桥晃动的事件并不少见。丹麦大带桥（Great Belt）桥东引桥、 英国的塞文二桥（Second Severn Crossing）和日本东京湾桥等都曾出现过大幅涡振。
重庆千厮门大桥
日本东京湾桥
不过，并不是所有的强风带来的振动都以“平安无事”作为结局。
1940年，美国中跨为 853米的塔科马海峡吊桥（Tacoma Narrows Bridge）由于风的动力作用而不幸垮桥。悲剧发生后，美国空气动力学家西奥多·冯·卡门（Theodore von Karman）在加州理工学院风洞进行模型测试，发现该吊桥倒塌的原因是因为其桥面厚度不足，在受到强风的吹袭下引起“卡门涡街”，使桥身摆动；当卡门涡街的振动频率和吊桥自身的固有频率相同时，引起吊桥剧烈共振而崩塌，后来这一事件也成为研究空气动力学卡门涡街引起建筑物共振破坏力的活教材。

（图片来源：wikipedia视频截图）

在此之后，新的吊桥设计必须经过风洞模型实验，新桥梁的道床厚度增至10米，并在路面上加入气孔，防止卡门涡街的产生。
据许福友等学者的论文《大跨度桥梁涡激振动研究进展与展望》，涡振虽然不会像颤振一样导致桥梁灾难性的破坏，但是它发生风速低、频率高，有可能导致杆件裂纹或疲劳破坏，影响行车的舒适性和安全性。
现代桥梁结构越来越往长、细、轻、柔与低阻尼方向发展，对风的作用更加敏感。由于这一问题的普遍性，所以当前的桥梁设计中更要注重大跨度桥梁强度、刚度和稳定性抗风设计。
最后，小南带大家认识一些 世界著名的悬索桥↓↓
日本明石海峡大桥 主跨1990米
中国武汉杨泗港长江大桥 主跨1700米

中国舟山西堠门大桥 主跨1650米

中国香港青马大桥 主跨1377米

丹麦大伯尔特桥 主跨1624米

中国江苏省润扬长江斜拉桥 主跨1490米
英国亨伯尔桥 主跨1410米
中国江苏省江阴长江公路大桥 主跨1385米
美国维拉扎诺桥 主跨1298米
美国金门大桥 主跨1280米

参考文献: http://economy.southcn.com/e/2017-06/27/content_173300408.htm 管青海， 李加武， 胡兆同， 刘健新 《栏杆对典型桥梁断面涡激振动的影响研究》 许福友，丁 威，姜 峰，张 哲 《大跨度桥梁涡激振动研究进展与展望 》 https://zh.wikipedia.org/wiki/%E8%99%8E%E9%97%A8%E5%A4%A7%E6%A1%A5 https://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%A1%94%E7%A7%91%E9%A6%AC%E6%B5%B7%E5%B3%BD%E5%90%8A%E6%A9%8B https://static.cdsb.com/micropub/Articles/202005/2262287f038e35e687de8537d78ad4fe.html 南方都市报相关报道
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