怎麼看虎門大橋異常抖動？港珠澳大橋抗風試驗專家詳細解讀
5月5日下午，廣東虎門大橋發生異常抖動，引發全網關注。
5月6日上午，據“廣東交通集團”微信公眾號通報，廣東省交通運輸廳、省交通集團連夜組織國內12位知名橋樑專家召開專題影片會議進行了研判。
通報稱，專家組初步判斷，虎門大橋懸索橋本次振動主要原因是，由於沿橋跨邊護欄連續設定水馬，改變了鋼箱梁的氣動外形，在特定風環境條件下，產生的橋樑渦振現象。
根據現有掌握的資料和觀測到的現象分析，虎門大橋懸索橋結構安全可靠，此次振動也不會影響虎門大橋懸索橋後續使用的結構安全和耐久性。
振動發生後，大橋管理部門隨即封閉大橋，並拆除兩側護欄的擋牆（水馬）。不過，據@新華視點 訊息，過去23個小時內，虎門大橋出現多次振動幅度增強週期。截至5月6日14點30分，虎門大橋振動情況開始減弱。
影片截圖
作為參加上述專題影片會議的專家之一，西南交通大學教授廖海黎及其團隊曾承擔港珠澳大橋所有通航孔橋和鋼箱梁非通航孔橋的抗風效能研究工作，為港珠澳大橋的抗風設計，以及風致振動抑制措施提供了科學依據。
為什麼虎門大橋仍未停止振動？有沒有安全風險？對於諸多熱點問題，廖海黎與城叔深入交流，作了詳細解讀。
虎門大橋
1997年建成通車的虎門大橋，是廣深珠高速公路網主要組成部分，連線珠江兩岸。該橋投資近30億元，是國家重點工程，也是我國第一座大跨度鋼箱梁懸索橋。其無論設計還是施工，均為國內首次嘗試，在我國橋樑史上具有特殊地位，多項技術曾獲創新大獎。
圖片來源：攝圖網
01
過大的振動是不正常的
城叔：虎門大橋橋樑專業人員此前回應，橋樑遇到特殊風況會晃動是正常的，一般遇到旋渦風橋面晃動比較大，您能更詳細地解釋一下嗎？
廖海黎：橋樑結構振動是正常的，不可能沒有振動。不管是風的作用，還是車輛的作用都有振動，只要振動不大、人感受不到，這種振動就是無害的。
虎門大橋是大跨度的懸索橋，屬於柔性橋樑。懸索橋柔性較大，優點是跨越能力強、跨度大，但缺點是風的作用下容易發生振動。振動是正常的，但過大的振動就是不正常的，過大的振動至少會影響行車的舒適性；如果振動太大，還會影響行車的安全性。
02
要完全恢復靜止需要時間
影片截圖
城叔：虎門大橋昨天的異常抖動算是大幅度振動嗎？有人提出，之前虎門大橋遭遇超級颱風“山竹”都沒晃得這麼厲害，那您認為虎門大橋這次異常振動的原因是什麼？
廖海黎：從影片上看，振動的幅度相當不小了，屬於異常振動。
昨天我們也在專家會上討論過，現在的共識，是由於大橋這一階段正在做吊索更換，這是一個正常維修，但更換吊索時，橋面上擺放了很多“水馬”，即塑膠臨時隔離裝置。我們認為這是誘發大橋發生振動的一個原因。
所以這次異常振動，初步判斷並非在正常執行狀態下發生，而是由於臨時放置的設施引起。如果撤掉水馬橋樑恢復到以前的正常狀態，這種異常振動應該就不會一直存在；如果渦振仍未停止，其原因可能需要有具體觀測資料才能判斷。一個上萬噸的鋼鐵巨物一旦被髮動起來，要完全恢復靜止也是需要時間的，因為風還在不停地吹著。
03
渦激振動不影響橋樑結構安全
城叔：國內外類似的大橋異常振動普遍嗎？原因是否都是相似的？
廖海黎：從丹麥的大海帶橋，到日本東京灣橋、俄羅斯伏爾加河大橋，再到前段時間武漢的一座懸索橋——鸚鵡洲大橋晃動，不管國內還是國外，發生風致振動的報道還是有一些。
這些橋樑的振動，原因基本上都是同一型別，即渦激振動。渦激振動是風致振動的一種，其特點是在較低的風速下，如三、四、五級風，就可能發生振動。這也意味著這種振動出現的頻率會比較高；渦激振動的另一個特點，是振幅有限，這種振動對橋樑結構自身的安全性不會造成影響，影響主要還是體現在對人的舒適性、行車的安全性上。
04
不用擔心虎門大橋被“吹垮”
城叔：一些公眾擔心這種振動會不會越來越大，甚至演變為國外出現過的橋樑被“吹垮”的情況？
廖海黎：國外的確出現過這種情況。美國的塔科馬海峽吊橋1940年7月通車，4個月後就被風吹垮。該橋開始是小幅度振動，後來風越來越大、振動越來越大之後橋毀掉了。
塔科馬海峽吊橋 圖片來源：網路
不過，對虎門大橋應該說不擔心這個問題。橋樑的風致振動有很多型別，我們比較關注的主要是兩種型別的振動，一是渦激振動，另一個就是顫振。顫振是一種在很高風速下，可能破壞橋樑結構的嚴重振動。虎門大橋發生顫振的風速實際上比超級颱風還要高。
在美國1940年塔科馬吊橋坍塌後，顫振就被作為大跨度橋樑設計中第一重要的因素來考慮，現在的科技手段能夠保證橋樑在壽命期不發生顫振。所以經過專門抗風試驗的大跨度橋樑，只要試驗、設計和施工中沒有什麼失誤，抗風安全性都是有充分保證的。
塔科馬吊橋坍塌後，世界上再沒有一座橋樑因為顫振發生問題。虎門大橋當時渦激振動和顫振的試驗肯定都做過，這次發生的渦激振動是非正常因素導致的偶發振動。
05
對“老橋”抗風性無須擔心
城叔：虎門大橋1997年建成通車，之後橋樑的抗風設計和風致振動抑制措施還在不斷向前發展。不少人關心，在那之前的“老橋”抗風性會不會相對較差？未來長期執行中是否安全？
廖海黎：虎門大橋到現在已經通車20多年了，包括抗風設計技術在內的各方面技術有了長足進步，但“老橋”的抗風安全性應該不用擔心。
一方面，過去技術也好、認識也好，比現在肯定會有差距，但當時虎門大橋設計時，抗風能力已經能夠保證橋樑安全了。後來為了讓橋樑執行更安全、更好，我們還在不斷做一些新技術研發。例如橋樑減振技術，應該說就比20多年前要進步了很多。
另一方面，虎門大橋是我國第一座大跨度鋼箱梁懸索橋，具有里程碑意義。在那之前，我國的大橋基本上都不是懸索橋、斜拉橋等所謂的柔性橋樑，柔性橋樑在我們國家的發展，也就是近20多年的事情。
虎門大橋 圖片來源：攝圖網
在這之前更老的一些大橋，如1957年建成的武漢長江大橋等，都是桁架樑形式，屬於梁橋。梁橋的跨度不如柔性橋大，但抗風效能卻比柔性橋樑要好，所以那些“老橋”在抗風方面無須擔心。
武漢長江大橋 圖片來源：攝圖網
06
港珠澳大橋克服颱風難題
城叔：那麼，在橋樑抗風問題上，全球範圍內是否還有什麼技術瓶頸？港珠澳大橋規模更大，其抗風方面有什麼突破或創新？
圖片來源：港珠澳大橋管理局
廖海黎：現在已經開始發展超大跨度橋樑了，這對柔性橋樑的抗風提出了更高要求。
實際上，土耳其目前已經在建設超過2000米的懸索橋，我國也正在規劃跨度超過2000米的橋樑。超大跨度懸索橋可能會帶來一些新的問題，如非線性問題，這就需要在設計理論、方法、技術上都有新的發展才能夠適應需求。
港珠澳大橋全長50多公里，整體上雖是一個很長的橋，但其中大部分都是普通的、跨度不大的橋樑，只有幾座在航道上的通航孔橋屬於大跨度柔性橋樑——斜拉橋。從斜拉橋的跨度對比，世界範圍內這幾座橋的跨度實際上又不算大了，國內外比其跨度大的斜拉橋還有不少。
但是港珠澳大橋所處的地理位置比較特殊，當地經常發生颱風，所以當時這幾座通航孔橋的抗風設計中需要克服一些技術難題。當時我們團隊專門針對這些難題做抗風試驗，對於渦激振動和顫振等，也都採取了一些技術上的措施，能夠保證橋樑執行的安全和舒適性。
原創 黃名揚 城市進化論
原標題：《怎麼看虎門大橋異常抖動？我們問了下港珠澳大橋抗風試驗專家》
