第A11版:科技

建成20多年,曾获多项创新大奖

异常晃动的虎门大桥怎么了?

  前日下午,广东虎门大桥发生异常抖动,不少过往群众表示整个大桥像波浪一样“起起伏伏”地摇晃,引发热议。随后,大桥管理部门封闭了大桥。

  广东省交通运输厅、省交通集团连夜组织中国内地12位知名桥梁专家召开专题视频会议进行了研判。

  广东省交通集团昨日称,根据专家组初步判断,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(用于分割路面的塑制壳体障碍物),改变钢箱梁的气动外形,在特定风环境条件下,产生的桥梁涡振现象。

  分析认为,现场风速达到8米/秒左右,引发桥梁限幅涡振(桥梁涡振是一种兼有自激振动和强迫振动特性的有限振幅振动,其有限振幅计算是一个十分重要但又异常困难的问题)。专家组表示,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。

  根据现有掌握的数据和观测到的现象,虎门大桥悬索桥结构安全可靠,此次振动也不会影响虎门大桥悬索桥后续使用的结构安全和耐久性。

  目前,虎门大桥桥面已基本恢复常态。为确保大桥交通安全万无一失,虎门大桥管养单位已紧急开始对大桥进行全面检查检测。

  虎门大桥系国家重点工程

  多项技术曾获创新大奖

  虎门大桥是广深珠高速公路网的主要组成部分,连接珠江两岸,沟通深圳、珠海等重要城市,是广东沿海地区的重要交通枢纽。虎门大桥于1992年动工建设,1997年建成通车。

  投资近30亿元的虎门大桥是国家重点工程,是我国第一座真正意义上的大规模现代化悬索桥。它建设规模大,结构新颖,受外界环境影响大,无论是设计还是施工均为国内首次尝试,在我国桥梁史上有特殊的地位。

  “尽管虎门大桥地处台风多发地带,但是在设计之初已经充分考虑这一因素,抗风系数肯定是很高的。”深圳移步设计公司建筑设计师贾永曾长期从事桥梁设计工作,他告诉记者,“虎门大桥到现在不过20年的时间,我国的桥梁大部分都会按百年规划来设计。”

  虎门大桥建设期间,我国的大跨径现代悬索桥技术可以说是空白阶段,没有现成的施工技术标准和设计规范。从后来的情况来看,中国的工程师们很好地完成了设计和建造工作。正因为如此,虎门大桥项目不仅获得詹天佑土木工程大奖,更有数项技术获广东省科技进步奖和国家科技进步奖。

  桥梁实时监测系统不可或缺

  但维护有好有坏

  桥梁的安全,包括抗震和抗风都是在设计和建造中的关键要素。为了实时了解桥梁的安全要素,现代桥梁一般都有健康监测与评估系统。这是一套软硬件结合的系统,对桥梁的裂缝、航道、车流量、大桥的环境温度、振动情况、移位情况等进行实时监测预警。

  业内人士告诉记者,虎门大桥也有一套这样的监测系统,通过对桥的连续位移进行实时监测,了解桥梁结构在各种作用下的实际受力状态和工作状况;同时通过分析监测结果得到结构的振动参数,验证结构的抗风、抗震设计,实现对大跨桥梁安全的实时监测。

  值得一提的是,这位业内人士表示,建筑的监测系统维护起来并不容易,一般10年左右软硬件都需要更新,有些项目并不一定能及时置换更新,但他也强调,桥梁监测是所有建筑中最为重要的,像虎门大桥这样的重要枢纽监测系统应该会保持良好运转。

  专家谈悬索大桥

  只要风力不超设计范围,安全性不用担心

  不止虎门大桥。4月26日,武汉鹦鹉洲长江大桥桥体如波浪般晃动;2013年9月,杭州湾跨海大桥也发生了桥体抖动……

  悬索桥有什么优势?桥面晃动是否会对安全造成影响?记者采访了中铁四局集团市政工程有限公司总工程师周江。

  周江认为,悬索桥是以主缆为主承力结构、加劲梁通过吊索“吊挂”在主缆上的一种桥型。因为加劲梁采用很多根相隔一定间距的吊索吊挂,其承受的弯矩不会因为跨径增大而增加,即跨径对加劲梁的制约比其他桥型好很多,故悬索桥是跨越能力最大的桥型。

  他谈到,悬索桥相对拱桥、斜拉桥、梁桥而言,视觉效果上显得柔细一些。其抗风振的能力主要取决于梁的截面形式和横向刚度。梁的截面形式指的是要具有良好的流线型(如带风嘴的扁平钢箱梁)或透风系数(如钢桁梁),横向刚度至加劲梁的重力、截面特性以及吊索间距等形成的抵抗横风的能力。

  “悬索桥是一种高超静定结构,影响抗风振能力的因素还有很多。”周江认为,抗风设计规范的现代悬索桥,只要风力不超过设计允许范围,其结构安全性是不用担心的。

  同时,他也提到,发生晃动,虽然桥梁结构是安全的,但行车可能受到影响,故要临时封闭检测,以确保安全。

  美国塔科马海峡大桥曾被微风摧毁

  多知道点——

  对于此次虎门大桥异常抖动,一开始许多人认为是当时主桥风速过大造成的。但也有当地民众表示“风并不太大”。说起来,历史上还真有风不大,但桥晃塌了的案例发生。最著名的便是美国塔科马海峡大桥在微风中塌陷。

  塔科马海峡大桥是位于美国华盛顿州塔科马的悬索桥。1940年,在通车4个月后这座桥梁突然塌陷。据记载,当时的风速并不大,照理这样的风速本应对大桥构不成威胁,但大桥还是戏剧性地被微风摧毁。

  这次坍塌被认为是空气动力学和结构分析不严密所致,对后续的桥梁设计和建造产生了深远影响,后来所有的桥梁,无论是整体还是局部,都必须通过严格的数学分析和风洞测试。(综合)