科技日報記者 李艷
今天下午,廣東虎門大橋發生異常抖動,不少過往群眾表示整個大橋像波浪一樣「起起伏伏」地搖晃,引發熱議。隨後,大橋管理部門封閉了大橋。下午3點32分,交通管理部門對虎門大橋進行了交通管制,提醒途經車輛繞道行駛。
據了解,相關領域專家已趕赴現場。在綜合了哈爾濱工業大學深圳校區柳成蔭、肖儀清和顧磊等老師意見後,專家分析認為,現場風速達到8m/s左右,引發橋樑限幅渦振。據悉,目前,虎門大橋正在維修施工中,橋面加了1.2米高的擋牆,從而破壞了斷面流線型引發渦振。目前,擋牆正在拆除。
虎門大橋是廣東省境內一座連接廣州市南沙區與東莞市虎門鎮的跨海大橋,是廣深珠高速公路網的主要組成部分,因其連接珠江兩岸,溝通深圳、珠海等重要城市,是廣東沿海地區的重要交通樞紐。虎門大橋於1992年動工建設;1997年建成通車;1999年通過竣工驗收。
虎門大橋系國家重點工程,多項技術曾獲創新大獎
投資近30億元的虎門大橋是國家重點工程,擁有多項國內或國際先進水平工程技術和工藝,是我國第一座真正意義上的大規模現代化懸索橋。被認為標誌著二十世紀中國橋樑建設的最高成就。
「儘管虎門大橋地處颱風多發地帶,但是在設計之初已經充分考慮這一因素,抗風係數肯定是很高的。眾所周知,橋樑安全最怕的是發生共振,但是這些因素在設計之初也都已經充分考量並避免」。深圳移步設計公司建築設計師賈永曾長期從事橋樑設計工作,他告訴科技日報記者,「虎門大橋到現在不過20年的時間,我國的橋樑大部分都會按百年規劃來設計,所以不太可能是設計缺陷」。
虎門大橋建設期間,我國的大跨徑現代懸索橋技術可以說是空白階段,沒有現成的施工技術標準和設計規範。諸如懸索橋的設計、抗風穩定、大型鑄件的製造、簿板超寬型加勁鋼箱梁的製作與焊接、大型施工專用設備、施工架設、施工控制等都需要靠中國團隊自主設計、解決。雖然中國早期曾有大跨連續剛構橋的設計施工經驗,但面對虎門大橋的更大跨徑,還需解決設計中結構輕型化帶來的某些關鍵技術。
從後來的情況來看,中國的工程師們很好地完成了設計和建造工作,業內普遍認為虎門大橋在我國橋樑史上有特殊的地位,不僅因為它重要的地理位置,更是因為其建設規模大,結構新穎,受外界環境影響大,無論是設計還是施工均為國內首次嘗試。正因為如此,虎門大橋項目不僅獲得詹天佑土木工程大獎,更有數項技術獲廣東省科技進步獎和國家科技進步獎。
橋樑實時監測系統不可或缺,但維護有好有壞
橋樑的安全,包括抗震和抗風都是在設計和建造中的關鍵要素。一般情況下,橋樑有輕微的晃動是正常的,但是如果幅度非常大就要引起注意。為了實時了解橋樑的安全要素,現代橋樑一般都有健康監測與評估系統。這是一套軟硬體結合的系統,對橋樑的裂縫、航道、車流量等多方面情況,進行數據採集和分析,同時對大橋的環境溫度、混凝土應力應變、震動情況、移位情況等進行實時監測預警。
業內人士告訴科技日報,虎門大橋也有一套這樣的監測系統,通過對橋的連續位移實時監測,了解橋樑結構在各種作用下的實際受力狀態和工作狀況,評價結構的力學特性和在設計荷載作用下的工作性能。同時通過對監測結果分析得到結構的振動參數,驗證結構的抗風、抗震設計,實現對大跨橋樑的安全實時監測。
值得一提的是,這位業內人士表示,建築的監測系統維護起來並不容易,一般十年左右軟硬體都需要更新,有些項目並不一定能及時置換更新,但他也強調,橋樑監測是所有建築中最為重要的,像虎門大橋這樣的重要樞紐監測系統應該會保持良好運轉。
美國塔科馬海峽大橋曾被微風摧毀
對於此次虎門大橋異常抖動,一開始許多人認為是當時主橋風速過大造成的。但也有當地民眾表示當時雖然風挺大,但也「沒有特別誇張」。
說起來,歷史上還真有風不大,但橋晃塌了的案例發生。最著名的便是美國塔科馬海峽大橋在微風中塌陷。
塔科馬海峽大橋是位於美國華盛頓州塔科馬的懸索橋。在施工時就曾發生過擺動,橋竣工通車後,搖擺得更加厲害。據說,在某些日子裡,橋身上下振動的幅度竟達1.5米,使得駕駛員看不見在它前面行駛的汽車。當地民眾稱它為舞動的格蒂。1940年,在通車四個月後這座橋樑突然塌陷。據記載,當時的風速並不高,照理這樣的風速本應對大橋夠不成威脅,但大橋還是戲劇性地被微風摧毀。
這次坍塌被認為是空氣動力學和結構分析不嚴密所致,對後續的橋樑設計和建造產生深遠影響,後來所有的橋樑,無論是整體還是局部,都必須通過嚴格的數學分析和風洞測試。空氣動力學和共振實驗成為了建築工程學的必修課。