虎門大橋設計參與者:應馬上通車,車流有助於消除渦振

虎門大橋設計參與者:應馬上通車,車流有助於消除渦振

本文來源:出行一客

微信id:carcaijing

作者: 施智梁團隊

虎門大橋振動事件的發生,引起了各界對橋樑更多的關注。

目前,虎門大橋引起渦振的主要原因已經確認,是維修橋樑時放置水馬所致。

但這並不能完全解釋人們心中的疑惑。

引起大橋繼續振動的因素還有哪些?

本是維修橋樑為什麼成了「危害」橋樑?

虎門大橋還能通車嗎?

別的特大橋是否存在同樣的隱患?

據出行一客記者獨家獲悉,5月9日晚間,虎門大橋進行了40餘輛車的荷載試驗,結果發現橋面仍存在一定的渦振現象。

同時,經過檢測發現,體現橋樑抗振設計的重要參數阻尼已經低於國標。

同濟大學土木工程學院土木工程防災國家重點實驗室教授、原同濟大學風洞試驗室主任、當年虎門大橋主橋風洞試驗的參與者宋錦忠5月9日在接受出行一客記者電話專訪時表示,根據檢測結果顯示,橋樑的剛度沒有小。

阻尼從設計時的國標規範0.005降至0.001,這代表大橋的抗振能力降低了。

宋錦忠補充稱,測試結果顯示,振幅也很小,本質不影響橋樑安全。

建議虎門大橋應該馬上通車,「橋沒有安全問題,沒有穩定問題,只有舒適度的問題。」

他進一步解釋道,車輛的高度遠遠超過0.9米高的水馬,車流會破壞形成渦振的條件,如果車多了,橋重了,斷面外形變了,橋就不振了。

作為一條雙向6車道的大橋,40多輛測試車遠遠不夠。

「這背後,是我們在橋樑抗風、抗地震的這種知識普及上不夠。」宋錦忠強調,大橋在維修前,應該請專業機構和專家來論證把關再大修。

目前來看,這一點做得不到位。

國內的特大橋、大橋很多,宋錦忠呼籲應該加強特大橋的監管維護,「從建設方、設計、施工、監理、科研、維保管理,各方面都要達到一定的水準,做到全壽命服務。」

橋樑渦振的「元兇」

出行一客:

在撤除水馬後,為何橋面還在渦振,是否還存在其他影響因素?

未來還會發生類似的情況嗎?

宋錦忠:

水馬是主要因素,撤除後橋面恢復了原狀,也就逐漸靜下來了。

至於為何還有渦振,這就要看維修、保養本身,是否對大橋的抗振性能造成了改變。

具體要關注兩點,第一點是,橋樑換了新的構件以後,它的性能、剛度有沒有變。

我們估算了渦振時它的振動頻率,初步證明結構剛度沒有變。

第二點是,要了解橋面本身抗振動能力有無變化,這里的另一個關鍵指標是阻尼:一方面,更換了吊桿,它與主纜、主梁彼此之間的連接也發生了變化;另一方面,橋面的鋪裝也更換了好幾次,那麼橋面鋪裝和鋼梁的黏結性能也有了變化。

還有支座的工作狀態是否正常,這都會導致全面抗振能力的變化。

出行一客:目前對橋面抗振能力的檢測結果如何?

宋錦忠:根據檢測結果顯示,橋樑的剛度沒有小。

阻尼從設計時的國標規範0.005降至0.001,這代表大橋的抗振能力降低了。

出行一客:您怎麼看這樣的檢測結果?

宋錦忠:從邏輯上看,符合我如上所說,就是橋多次翻修後帶來的影響,但整體來看橋依然是安全的,阻尼的變化可以通過相應的處置措施來彌補。

同時,我呼籲現有的橋樑抗振國標應該顯著提高,畢竟現在技術進步了,應該讓參數更加嚴格,從而提升橋樑的舒適度和安全度。

出行一客:通常會採取哪些對策?

宋錦忠:可以在橋的斷面上增加一些設計。

就像飛機上的坑坑窪窪的點一樣,就是為了避免飛行中帶來的渦振,這也是我們橋樑抗振的經驗由來。

我們可以通過風洞試驗一系列測試,然後對橋面做出相應的設計,專業術語叫「氣動措施」,這樣就能消除渦振。

「橋很安全,車開上去渦振會更快消失」

出行一客:這次渦振發生在虎門大橋大修期間,您怎麼看待將渦振歸因於設置水馬這一結論?

宋錦忠:橋樑大修很正常,23年之前的斜拉橋、懸索橋受制於當時的設計、科研、施工、監理和管理的水平以及建材好壞等等,和現在相比,確實有不小的提高空間,可以理解,大修是我們應付的學費。

由於維修更換吊索時,橋面還在正常通車,施工方擔心作業時過往車輛碰到吊索和維修人員,特地設立了兩面水馬擋牆,這就把橋的斷面外形全部破壞掉了,渦振就可能馬上出現。

恰巧,當時空氣中的風均勻地吹過來,形成了穩定的層流,吹拂到斷面上,趕上特殊的夾角,就在主梁斷面的下遊形成了有規則的運動旋渦,它的振動頻率和結構的某個頻率一致進而導致渦激共振。

出行一客:這符合管理養護手冊的要求嗎?

宋錦忠:這樣的操作在中小橋上常見的。

一般施工方,碰上小的簡支梁橋、拱橋,都是這麼乾的,重心放在行車安全上,而不是橋的安全和穩定。

事實上,本應該由專業機構、專家來論證把關,然後再來大修。

目前來看,這一點做得不到位。

這背後,還是我們橋樑抗風、抗地震的這種知識普及不夠。

這幾天我看電視,甚至維護、管理單位的有關人員,在電視里的講話也不夠專業。

這也怪我們,作為教育、科研單位,我們本是有責任去普及這些東西。

出行一客:在還可能存在振動的情況下,虎門大橋目前可以通車嗎?

宋錦忠:雖然還沒最後解決問題,但是我可以告訴你,這個橋就是現在應該馬上通車。

橋沒有安全問題,沒有穩定問題,只有舒適度的問題和疲勞問題(長期來看)。

就是5月5日及6日這樣的振動,車子行駛也沒關係。

車輛的高度遠遠的超過水馬,就會破壞形成渦振的條件。

現在沒有水馬,車開上橋面有了載重,不滿足形成渦振的條件,說不定橋就不振了。

出行一客:也就是說,橋本身是安全的。

但公眾對安全這一話題有所疑惑,比如橋面振動,是否會引起駕駛人緊張造成安全事故?

宋錦忠:這是對個人的心理影響。

但水馬沒了,車多了,橋不振了,也就不用擔心這個問題了。

我覺得之前有些過度謹慎了,被臨時封禁的水路,昨晚才剛剛恢復,這蠻奇怪的。

從專業的角度來看,振動是不可能完全避免的,哪怕是海浪打到橋墩上,也會把力傳導到橋面,引發振動,問題的關鍵是振得大還是小。

「從業幾十年來,見過太多行業亂像」

出行一客:國內的特大橋、大橋很多,我們承擔不起他們出事故的後果。

此前一位橋樑工程師曾對我表示,能暴露出問題是件好事,因為能促進技術升級變革。

但像這次水馬致渦振是個詭異的低級錯誤,這體現出的是維護不當、專業知識不足的深層次問題。

宋錦忠:我跟你講兩個我自己的體會,我曾經去檢測過一些橋,有座橋底下的一個支座不在了,但它的維護單位不知道。

你能想像嗎?

另一個是我負責研究的一個橋,廣東南海一座獨塔斜拉橋。

十幾年前,水面上的運輸船超載,發大水的時候把這個橋的引橋撞斷五跨。

後來發現是因為本來應該在主航道行駛的船跑到了副航道上,加上船只本身超載。

引橋撞斷了以後主橋的交通還在運行,然後小汽車就自由落體,一個一個往南海里面跳,後果可想而知。

出行一客:這就是各環節缺位造成的系統性問題了。

現在來看,不光是技術要提高、監管要到位的問題,其實是整個橋樑,尤其是這種大型的橋樑建設,應該更全面的進行升級換代。

宋錦忠:南海某大橋事件,我覺得在整個管理環節上都出現了系統性問題。

只有從建設方、設計、施工、監理、科研、維保,各方面都要達到一定的水準,做到全壽命服務,才能讓一座橋在100年至150年的服役期里面,正常地運營、服務大眾。

出行一客:全壽命管理是指什麼?

宋錦忠:設計方不僅要負責橋樑設計,還要告訴管養單位啥時候換索、更換支座等等,要把橋樑100到150年生命周期里,所有環節都做出設計,並且要承擔設計責任。

這源自於我的導師——中國工程院院士、橋樑結構抗震專家范立礎先生,他生前一直在推行這一理念,我耳濡目染深以為然。

出行一客:這個理念很好,因為設計方對橋樑最知根知底,最合適給出建議。

但感覺推行很難,因為這代表他要為建議成效擔責。

如果按照標準操作,出了問題,追責會變得更複雜。

宋錦忠:確實如此。所以這一理念推行不易,國際上尚無推行先例,但這是正確的事。

出行一客:由此看來,社會各界應該慶幸虎門大橋無礙,但又應該把握公眾對熱點的關切,趁熱打鐵普及常識、促進交通事業的建設和發展?

宋錦忠:是的。很多事情可以從一點一滴做起。

我就主張橋樑系的老師們利用寒暑假,去幼兒園、小學、中學給孩子們普及橋樑知識,讓他們從小認識橋樑。

這背後有很多故事,有的還有時代意義。

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