虎門大橋異常抖動，天氣背得起這個鍋嗎？

2023-04-01 06:38:32

5月5日下午，虎門大橋異常搖晃的消息在社交媒體上爆發。截至6日上午，橋面仍有明顯的振動。目前，虎門大橋已雙向關閉，監管單位正在進行緊急檢查和監測，交通部還成立了一個由12名專家組成的工作組來指導現場。

5月5日下午，虎門大橋出現了大震動~

許多新聞報導將異常抖動的原因解釋為「主橋高風速」引起的旋渦振動...乍一看,「受天氣影響」的感覺已經成為一個普遍的原因。在歷史上，已經有無數的「XXX事件」是由天氣原因的影響引起的...這次天氣能逆轉嗎？

多多少少還真有點懷疑！虎門大橋是連接廣州南沙區和東莞虎門鎮的跨海大橋。讓我們看看當時廣州南沙區的天氣。

5月5日下午，廣州南沙區風力較上午明顯增強

即使在下午6點以後，南沙區的整體風速有所下降，虎門大橋附近的風速約為7級。

虎門大橋所在區域從5日下午到晚上風力強勁

7級風的概念是什麼？六七級風可能意味著樹枝在劇烈搖晃。在這樣的風中很難撐著傘走路。

但是強風使橋面傾斜？當然不是，但這次是其中一個幫手。真正的罪魁禍首是「卡門渦街」，這是一種流體力學現象，在自然界中並不罕見。

「卡門渦街」原理

簡單地說，當遇到障礙物時，水或空氣體(流體)將沿著物體的兩側「繞行」，當從物體表面落下時，將在後面形成成對的交變渦流。當流體流出的頻率接近物體的固有頻率時，會引起共振，嚴重時會對物體造成損壞。

一個眾所周知的例子是20世紀40年代美國的塔科馬海峽橋。它於1940年7月1日舉行了盛大的開幕式。結果，它只持續了100多天。同年11月7日，塔科馬海峽大橋在強風中倒塌。

~短暫的塔科馬海峽大橋~

事實上，塔科馬海峽大橋開通幾周後，甲板上下搖擺。當時，強風使橋上下搖晃，從橋下看是這樣的:

恐怖震撼中的塔科馬海峽大橋~

橋面是這樣的:

原來，當塔科馬海峽大橋最初設計時，出於美學和經濟方面的考慮，使用的材料太輕，導致橋梁在接近「卡門渦街」的頻率下產生共振，從而導致橋梁劇烈波動，最終在大風條件下倒塌。「塔科馬海峽大橋的倒塌」是20世紀最嚴重的工程設計錯誤之一，並且已經成為所有工程學科都無法迴避的經典案例。

~一排排的水車改變了橋的空氣動力學形狀~

回到「虎門大橋異常抖動事件」，專家組初步判斷，虎門大橋沿橋跨邊緣護欄設置有水馬，連續的水馬改變鋼箱梁的氣動外形，從而產生特定風環境下橋梁的渦振現象。雖然沒有最終的確認，但這應該是最終的答案。因為沒有阻礙氣體流動的水車，風會穿過風洞，不會引起共振。設計電橋時，對諧振頻率進行了測試和驗證。然而，跨海大橋都很長，形狀的輕微變化會影響它們的固有頻率，所以劇烈搖晃的問題可以通過重新排列水車來解決。