5月5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的摇晃引发热议。随后,大桥管理部门封闭了大桥。桥梁专家称:本次桥梁振动属于“涡振”现象,涡振是涡激振动的简称。是由于流体经过障碍物后的涡流周期性脱落而引发的桥梁共振现象。
提到“涡振”的危害,最著名的反面教材就是美国的塔科马海峡大桥坍塌事故。这座悬索桥于1940年7月1日通车。但在启用后的数个星期,桥面上便不时出现大幅度的上下摆动现象。
有鉴于此,有关人员在支柱上安装了摄像机,以便观察摆动,同时也吸引了不少驾车人士慕名而来。在这里感受上下翻腾的刺激,一时间,这座大桥成为当地老司机心目当中的勇者之桥。
此后,桥面的波动幅度不断增加,工程师们曾经尝试,通过增加钢缆和液压装置去抑制桥面振动,但都没有成功。在持续数月的摆动之后,桥梁最终于同年11月7日倒塌,其过程被全程记录下来,从而成为世界各国桥梁工程的反面教材。虎门液压机维修
这次事件并没有造成人员伤亡,但导致了一只狗的死亡,美国空气动力学专家“冯卡门”对大桥的模型进行了风动测试,证明了塔科马海峡大桥坍塌事故的元凶是卡门涡街引起的吊桥共振。卡门涡街是流体经过主流体时,流体从主流体的两侧玻璃,由于细微的差异,形成交替的涡流。
这种交替的涡流是主流体两侧的流体瞬间速度不同,流体的速度不同,主流体两侧所受到的瞬间的压力也不同。因此使得主流体发生振动,振动频率与流体速度成正比。而当涡激的脱落频率等于大桥自身的固有频率时,就会发生共振,从而使得桥面剧烈震动,直至坍塌。虎门液压机维修
也有观点认为,最终造成塔科马大桥坍塌的并非涡振,而是“颤振”。这种振动在生活当中也很常见,通常我们可以看见旗帜在强风当中剧烈地颤动,即属于此类振动。由于没有考虑到颤振的影响,早期的许多飞机也因为颤振而发生坠毁事故。
塔科马大桥坍塌事故,说明了空气动力学在大型桥梁设计当中是一个重要的影响因素。此后的桥梁设计当中,虽然通过优化结构设计,力求优化桥面的抗风抗震动性能,但依然无法杜绝封闭耦合的振动现象。
2010年5月19日,俄罗斯伏尔加河大桥也发生了由于风力引起的蛇形振动。官方一度封闭大桥,当年事故发生时,甚至有当地人声称在天空当中出现了不明飞行物。2011年,由德国和瑞士的桥梁专家为该大桥加装了调节质量阻尼器,才解决了桥梁共振的问题。
本次虎门大桥异常波动,事件初步原因判断为:因大桥维修在桥边设置连续路障,导致路面气动外形改变,而引发的涡镇现象。具体原因尚待进一步确定!
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