【虎門大橋】港珠澳大橋會振動嗎? 央視:透過兩大設計巧妙抗風

撰文:姜庚宇
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連接廣州市南沙區與東莞市虎門鎮的虎門大橋周二(5日)下午發生異常抖動,隨後被封閉。經專家組判斷,大橋振動是「渦振」現象,不影響後續使用的結構安全及耐久度。
虎門大橋振動,讓同樣地處廣東沿海地帶的港珠澳大橋也成為關注焦點。事實上,港珠澳大橋已經數度通過強颱風考驗,包括2017年的「天鴿」、「帕卡」以及翌年的「山竹」,但「渦振」引發的振動則是另一種截然不同的衝擊。
早在2012年,央視曾報道過港珠澳大橋模型抗風實驗,針對風形成的有節奏漩渦造成的橋樑晃動,透過對外形設計的兩大改造——在檢修車軌道上加導流板和對橋塔迎風面切去兩個角,來消除風的破壞性作用,巧妙解決了港珠澳大橋抗風問題。

港珠澳大橋管理局總工程師蘇權科在報道中指出,港珠澳大橋要求抵禦16級颱風,這個高標準抗風要求是針對伶仃洋海域特殊情況而制定。該海域的風很大,海面上10米的基準風速達到每秒49米,也就是15、16級大風。根據統計,該海域平均每年有1.8個颱風,在中國的橋樑建設中,風的條件較為惡劣。

▼ 虎門大橋周二(5日)發生振動

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報道介紹了港珠澳大橋的抗風實驗,大橋模型要接受兩種破壞性風力的考驗。第一種是超強大風,很多橋樑都曾在狂風中變得十分脆弱,而港珠澳大橋順利通過了這個考驗。然而當實驗人員下調風力到約9級風後,監測儀器上出現了有節奏的振動曲線,橋面也慢慢變成有節奏的上下晃動,像是被不停拍動。離開這個風速,振動就消失。

實驗人員指出,這種風力在海上很正常,雖然實驗中的振動看上去幅度不大,但模型比例是70比1,在真實大橋上的振動幅度會被放大,讓駕駛者視野前方的車輛時隱時現,留下安全隱患,所以要消除這些晃動。

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實驗發現,風形成的有節奏漩渦(渦振現象)是造成橋樑晃動的原因,要消除風對港珠澳大橋的這種破壞性作用就必須在外形上去掉能形成風漩渦的結構。由於大橋是由橋塔和橫樑組成,模型晃動時橋樑中間離橋塔愈遠的位置晃動幅度愈大,說明橋塔在限制晃動,而橋的橫樑是晃動產生的主要因素。

在分別對橋樑和橋塔進行試驗後,實驗人員發現,橋樑底部背風面的檢修車軌道和橋塔的形狀是形成風漩渦的元兇。透過在檢修車軌道上加導流板對橋塔迎風面切去兩個角,將風漩渦引開、打散,風產生的吸力便無法拉動橋體,也就無法形成節奏,從而消解了風的破壞性作用。

塔科馬海峽吊橋在1940年倒塌。(資料圖片)

1940年,美國的塔科馬大橋由於設計為求美觀及節省金錢,使用過輕的物料,吊橋橋面厚度不足,大風引起的共振造成橋身強烈的起伏晃動,最終斷裂。此後,橋樑專家就十分注意風對橋樑的影響分析。

據悉,塔科馬大橋與虎門大橋都屬於懸索橋,而港珠澳大橋是斜拉橋。相比懸索橋,斜拉橋的穩定性較好,較不易因大風共振而垮塌,但在結構受力上加大了對橋身強度的要求。

(綜合報道)

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