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永利高会员包杀网:大桥有点“飘” 如何才能“定”

2020-05-08 00:00 来源:科技日报 本报记者 俞慧友
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  “涡振是个‘怪东西’。其实桥上有车行走,它的涡振(涡激振动)振幅比无车情况还会小些。换句话说,虎门大桥限速通车,也安全。”5月7日,长沙,中国工程院院士陈政清一开口,就让科技日报记者愣了一下。

  近期,我国大桥似乎有点“飘”。4月26日,武汉鹦鹉洲长江大桥桥体发生波浪形晃动。9天后,广东虎门大桥悬索桥也来了一波类似的“神晃动”,让大桥“飘”上了热搜。

  大桥为啥如此“飘”,怎样才能让桥“淡定”下来?记者就此到访湖南大学土木工程学院、风工程试验研究中心。

  大桥“飘”得很安全 为啥人们“瘆得慌”

  抖音视频里虎门大桥的波动“大片”,着实让人瘆得慌。不过,专家均表示,尽管大桥“飘”得明显,但仍安全。

  如何看大桥的“飘动”,陈政清认为可分“动静”两种角度。大桥在设计时,均会考虑结构承载能力,即大桥满载时最大下沉幅度。据估算,虎门大桥最大下沉幅度为2米,此次大桥“飘”幅0.5米左右。从这一静力概念看,大桥很安全。

  如此安全,为啥大桥涡振要封桥?这与“动态”指标有关。

  “目前规范规定的涡振加速度,设计容许最大值为0.1个重力加速度,高于这个值的振动,会让人感到不舒服。此次振动加速度超过了这个值,人的感受就很明显了。”陈政清揭秘了虎门大桥涡振给人的视觉“大片感”。不过,他补充,涡振振幅不大于0.35米时,车辆也能限速通行。

  同样是“振” 但风速高低有别

  让大家害怕的还有风速问题。无论鹦鹉洲桥还是虎门大桥,始作“风”的风速均不大。如此温柔的风,都能让大桥“飘”起来,遇上台风咋办?

  湖南大学土木研究院副院长华旭刚表示,桥梁涡振从理论上不能消除,只能通过技术降振。但不等于风速低能引发涡振的大桥就不能抵抗台风等暴风侵袭,这是两码事。对于台风等高风速产生的“颤振”,桥梁设计时有周密考量。

  不过,关于虎门大桥涡振,尚有几种猜测。

  虎门大桥是上世纪90年代中期建设的海边大跨度悬索桥,为箱梁结构,桥面呈流线型,其抗风性能理论上良好,此前也未出现过明显涡振。此次出现,或因近期大桥施工,在桥两侧加装全长段临时挡板有关。

  历史上,有个著名的“小风吹垮大桥”案例,即美国塔科马海峡大桥在微风中塌陷。“塔科马海峡大桥桥面呈H型,是最不能抵抗涡振的形状。虎门大桥在施工中全线安装挡板后,也就从流线型变成了H型,类似塔科马海峡大桥桥面。”陈政清说。

  专家还有种猜测,与大桥“阻尼比”有关。通俗说,“阻尼比”类似病毒抗体,代表其抵抗大桥振动的能力。阻尼比越小,大桥抗震能力就越低。虎门大桥存在25年之久,是否有可能阻尼比变小,影响到抗涡振能力?

  人们都在纠结温柔的风吹动了坚固的桥。但其实风温柔与否不是重点,吹的角度才有技术含量。这个技术叫“攻角”。“春天为啥好放风筝?因为气流从下往上形成‘攻角’。通常攻角不超过3度,所以风洞试验是按正负3度进行测试。如果刮风攻角大于3度,就可能引起振幅高于设计振幅。”陈政清说。

  风还是温柔的风,只是今年“攻角”可能更大。换言之,不是刮风就会涡振。要引起涡振的条件颇苛刻:如风向基本和桥面正交,形成“正攻角”;风要“平稳”,紊流度小,而非风速忽高忽低。

  大跨度桥梁越来越多 涡振“中国问题”要重视

  “我们的抗风规范,主要针对跨度200米以内的桥梁设计。跨度小的桥梁不存在明显涡振问题。但大跨度桥梁,特别是悬索桥及连续梁桥,都易遇涡振问题,因此通常采用风洞试验测试。”陈政清说。

  全球自上世纪90年代起,就发生过多个大跨度悬浮桥的涡振。缘何今日存在这类涡振?陈政清认为,面对大跨度桥梁高阶模态涡激共振,存在一个亟须解决的“中国问题”,即抗风规范应进一步完善,考虑大跨度桥梁的多阶涡振可能性。

  “涡振受风和桥梁自身结构影响。风不能人为控制,但我们能从桥梁上想办法。”陈政清说。

  办法主要有两种:加大阻尼比,或改变桥梁气动形状。国外内大量调查研究表明,多数桥梁实际阻尼比低于规范阻尼比。因此可借助增加阻尼器来增大桥梁阻尼比。如湖南大学研究团队考量桥梁阻尼器“长寿”因素,发明的电涡流阻尼器,能将震动转为电力消耗掉,变相增大阻尼比。同时,在对大跨度桥梁进行风洞试验时,适度调低测试阻尼比。

  桥梁结构也很重要。湖南杭瑞高速动力谷大桥、矮寨桥等大跨度桥梁,均采用桁架桥结构,抗涡振能力更强。不过,对已成型的桥梁,进行气动外形改良也是研究热点。这些研究包括桥位风环境数值模拟、大桥动力特性识别、健康监测系统升级及涡振大数据分析、大比例节段模型风洞试验及减振措施、风—车—桥耦合振动分析等。

(责任编辑:王蔚)

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