虎门大桥为什么抖动,广州虎门大桥抖动原因

虎门大桥这两天惊心动魄的摇摆起伏,目前诊断为涡振现象导致。


为何会导致涡振现象,相信原因是大桥桥面当时正进行维修施工,两旁摆放有1.2米高的水马,使钢箱梁的气动外形被改变,破越断面的流线型,故涡振现象发生后已陆续将水马拆除。

什么是涡振现象?

根据哈尔滨工业大学深圳校区柳成荫、肖仪清和顾磊等专家学者的解释,它是一种兼有自激振动和强迫振动特性的有限振幅振动。当现场风速达到每秒8米左右时,就会引发涡振。不过,桥梁涡振的有限振幅计算是一个十分重要但又异常困难的问题,目前学界尚未有一套较为完整的分析理论。

虎门大桥为什么抖动,广州虎门大桥抖动原因图1

图一:白点是阻流体,绿色及紫色部分是流体。在流体中安置阻流体,在特定条件下就会出现不稳定的边界层分离,产生两道非对称地排列的旋涡。

涡振现象即是流体动力学中的「卡门涡街」(Kármán vortex street),在自然界中常可遇到。具体而言,在流体中安置阻流体,在特定条件下就会出现不稳定的边界层分离,产生两道非对称地排列的旋涡。其中一侧的旋涡顺时针方向旋转,另一侧的旋涡就逆时针反方向旋转。两排旋涡相互交错排列,同时各个旋涡中间点对齐,如街道两边的街灯般。此种交替的涡流,使阻流体两侧流体的瞬间速度不同,由于速度不同,阻流体两侧受到的瞬间压力也不同,因此使阻流体发生振动。

虎门大桥为什么抖动,广州虎门大桥抖动原因图2

图二:美国塔科马海峡吊桥在1940年因卡门涡街而倒塌。

像虎门大桥这种情况,由于虎门大桥其特殊性,目前已经汇集了国内顶级专家会诊。像中国著名桥梁结构专家葛耀君在受访时指出,虎门大桥的异常振动并不会对其刚性结构产生影响,也在安全范围之内。武汉大学土木建筑学院教授方正也称,悬索桥在设计时会有一个抖动的安全范围,“肉眼可见的上下起伏,也是正常的,只要在一定范围内就不会影响行车安全。”

虎门大桥1992年开始兴建,1997年正式开通运行。全长15.76公里,其中主路段总长4.6公里,引道段总长11.16公里,双向6车道,日均饱和标准车流量为8万辆(但实际远远不止),主孔通航净高60米,桥下可双向通行5万吨海轮。

目前可查询到的是,虎门大桥为越秀交通基建联营企业,越秀交通基建占其27.78%权益(为其第二大股东),余下经营期限为10年。

越秀交通基建此前披露的年报显示,虎门大桥2019年日均收费车流量为8.85万车次/天,同比下滑27.3%,日均路费收入为284.13万元人民币,同比下滑38%。之所以下滑,主要是南沙大桥分流的原因。在高峰期超过400万一天的日均收入,放眼全中国,也是独此一家。

虎门大桥为什么抖动,广州虎门大桥抖动原因图3

资料显示,广东虎门大桥有限公司成立于1994年,当前注册资本2.739亿元,公司类型为有限责任公司(台港澳与境内合作),孙楚文任董事长与董事职位,并为公司法定代表人。

包括第二大股东越秀基建在内,广东虎门大桥有限公司共有6位股东,其中大股东是持股达36%的新粤虎门有限公司,注册地址为英属维尔京群岛,法定代表人同样为孙楚文。此外,其股东还有持股比例22.78%的越秀(中国)交通基建投资有限公司,持股比例15%的广东省公路建设有限公司等。

常走虎门大桥的车主知道,平时虎门大桥根本就没有高峰、平峰之说,不仅收费贵,而且还堵车。不过这种现象随着2019年南沙大桥的投运,已逐渐改变。在今年五一假期第一天,南沙大桥就已取代虎门大桥,成为主要过江通道。虎门大桥车流量约10.61万车次,南沙大桥车流量约20.58万车次,是前者的近2倍。

不过,由于珠江两岸车流依然呈现增长态势,要说虎门大桥退休,那也为时尚早。这次若经诊断、测试完毕后,它依然是南中国最重要的动脉关节之一。

虎门大桥异常抖动原因是这样的


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