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涡振科学解答！大桥有点“飘”到底是为啥

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 ， 就让科技日报采访人员愣了一下 。
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？采访人员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 。
【涡振科学解答！大桥有点“飘”到底是为啥】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 。


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