大桥有点“飘” 如何才能“定”

“旋涡振动是一种‘奇怪的东西’。事实上，当有汽车在桥上行驶时，涡流振动(涡流引起的振动)的振幅比没有汽车时小。换句话说，虎门大桥将以一定的速度向交通开放，并且是安全的。”5月7日，在长沙，中国工程院院士陈正清让《科技日报》记者暂停了采访。

最近，我国的桥梁似乎有点浮动。4月26日，武汉英武洲长江大桥的桥身在波浪中摇晃。九天之后，广东虎门大桥的吊桥也出现了类似的“神摇”浪潮，导致大桥“漂浮”在火热的搜索中。

为什么这座桥如此“漂浮”，它怎么能“平静”？记者走访了湖南大学土木工程学院和风力工程实验研究中心。

这座桥“漂浮”安全。为什么人们会“恐慌”

虎门大桥震撼视听的“重磅炸弹”实在令人恐惧。然而，专家表示，尽管这座桥显然“漂浮”，但它仍然是安全的。

如何看待大桥的“飘动”，陈正清认为可以分为“运动”两个角度。在桥梁设计中，将考虑结构的承载能力，即桥梁满载时的最大下沉量。据估计，虎门大桥最大下沉量为2米，该桥的“漂移”幅度约为0.5米。从这个静态概念来看，这座桥非常安全。

如此安全，为什么大桥会因为涡流振动而关闭？这与“动态”指标有关。

“当前规范中规定的涡流振动加速度设计为允许最大0.1重力加速度。高于这个值的振动会让人感到不舒服。这个振动加速度超过这个值，人们的感觉是显而易见的。”陈正清揭示了虎门大桥旋涡振动给人的视觉“大感受”。然而，他补充道，当涡流振幅不超过0.35米时，车辆也可以以限速通过。

它也在“振动”，但风速不同。

让每个人害怕的是风速的问题。无论是鹰梧州大桥还是虎门大桥，初始风速都不大。这样的微风可以“漂浮”这座桥。万一台风来了，我该怎么办？

湖南大学土木研究所副所长华旭刚说，桥梁的涡激振动不能从理论上消除，只能通过技术来降低。然而，这并不意味着低风速和涡旋振动的桥梁不能抵抗风暴，如台风，这是两码事。对于台风等高风速引起的“颤振”，桥梁设计应慎重考虑。

然而，关于虎门大桥的涡激振动，目前仍有一些猜测。

虎门大桥是90年代中期海上修建的大跨度悬索桥。这是一个流线型桥面的箱形梁结构。它的抗风能力理论上是好的，以前没有明显的涡旋振动。这种情况可能与桥梁两侧临时全长挡板的安装有关，这是由于最近的桥梁建设。

历史上有一个著名的“小风吹倒桥”的例子，就是美国的塔科马海峡桥在微风中倒塌。“塔科马海峡大桥的桥面是H形的，这是最不能抵抗涡流振动的形状。虎门大桥已经从流线型变成了H形，类似于塔科马海峡大桥的桥面，在整个施工过程中安装了挡板。”陈正清说道。

专家还推测，这与桥梁的“阻尼比”有关。通俗的说，“阻尼比”类似于病毒抗体，代表其抵抗桥梁振动的能力。阻尼比越小，桥梁的抗震能力越低。虎门大桥已经存在25年了。阻尼比是否会降低，从而影响抗涡流振动能力？

人们都在与吹向大桥的微风搏斗。然而，风是否柔和并不是关键，只有吹的角度有技术含量。这种技术被称为“迎角”“为什么春天放风筝很好？因为气流从底部到顶部形成一个“迎角”。通常迎角不超过3度，因此风洞试验在正负3度进行。如果风攻角大于3度，振幅可能高于设计振幅。”陈正清说道。

风依然温和，但今年的“迎角”可能更大。换句话说，它不是风而是漩涡。引起涡流振动的条件相当苛刻:例如，风向基本上垂直于桥面，形成“正迎角”；风应该是“稳定的”，湍流应该小，而不是风速应该高和低。

越来越多的大跨度桥梁涡振“中国问题”应引起重视

“我们的抗风规范主要是为跨度小于200米的桥梁设计的。小跨度桥梁没有明显的涡振问题。然而，大跨度桥梁，尤其是悬索桥和连续梁桥，容易产生涡振，因此通常采用风洞试验。陈正清说道。

自20世纪90年代以来，世界上出现了许多大跨度悬索桥的涡激振动。为什么今天会有这样的涡旋振荡？陈正清认为，面对大跨度桥梁的高阶模态涡激共振，存在一个亟待解决的“中国问题”，即进一步完善抗风规范，考虑大跨度桥梁多阶涡激振动的可能性。

“旋涡振动受风和桥梁结构的影响。风不能人为控制，但我们可以从桥上想办法。”陈正清说道。

主要有两种方法:增加阻尼比或改变桥梁的气动外形。国外大量调查研究表明，大多数桥梁的实际阻尼比低于标准阻尼比。因此，可以通过增加阻尼器来提高桥梁的阻尼比。例如，湖南大学的研究小组考虑了桥梁阻尼器的“寿命”因素，发明了涡流阻尼器，可以将振动转化为电能消耗，变相提高阻尼比。同时，在对大跨度桥梁进行风洞试验时，应适当降低试验阻尼比。

桥梁结构也很重要。湖南杭瑞高速电力谷大桥、矮寨大桥等大跨度桥梁均采用抗涡振能力较强的桁架桥结构。然而，成形桥梁的气动外形改善也是一个研究热点。这些研究包括桥址风环境的数值模拟、桥梁动力特性的识别、健康监测系统的升级和涡振的大数据分析、大型节段模型的风洞试验和减振措施、风-车-桥耦合振动分析等。