虎门大桥异常抖动图-虎门大桥南沙大桥

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虎门大桥异常抖动的原因竟然和汽车空气动力学有关系

文/张一

五一假期的最后一天， 头条给了广东的虎门大桥。从多家媒体报道及现场视频得知，5.5下午虎门大桥发生了异常抖动，整段桥面像波浪一样起起伏伏的在摇晃，现场一度看起来有些惊悚。

而很快，关于大桥异常抖动的原因也出来了。根据今日凌晨广东省交通集团通报，专家组初步判断大桥抖动是因为桥梁在特定风环境条件下，产生了桥梁涡振现象，并不会影响虎门大桥后续使用的结构安全和耐久性。

至于发生桥梁涡振的主要原因则是：沿桥跨边护栏连续设置的水马，改变了钢箱梁的气动外形。

“水马”，其实就是我们日常在道路经常见到东西，如下图，塑料空心结构，中间注水用来当作临时路障。而“气动外形”这个词听起来也很像汽车上术语。

不过一排小小的水马竟然能让一座跨海大桥发生异常抖动，这还是有点厉害了。而这背后的原理其实和汽车的空气动力学也是有些相似的。大家都知道，汽车开发是应用到空气动力学的，风阻系数这个词就是这一体现。

通过汽车的形面设计，使汽车的迎风面积尽量缩小，同时还要注意导流，让空气尽量贴着物体表面走，因为当较快的风速遇到凹凸不平的面，很容易产生混乱的涡流，不仅消耗汽车动能，对车身稳定性也有影响。

涡流这一点很好理解，如果你有过驾驶经验，当速度高于50km/h，你打开部分车窗，如果能感受到风伴随着你的头发在脸上胡乱的吹过，那就近似是产生涡流了。当然了，在汽车上，真正通常乱流产生较大的区域是三厢车的后车窗处。

所以汽车上通常的做法是，尽量减少凹凸面，或者进行导流设计，比如一些前包围、翼子板、前后扩散器以及加装底盘护板的做法，在加快空气流速提高下压力的同时也是起到防止空气流动混乱。

不过和汽车不同的是，在大型桥梁或者建筑上，应用空气动力学主要目的并不是利用风来做什么事情。而是尽量降低风对于建筑的风压以及空气动力干扰，也就是尽量让风“无视”或不影响到自己，这一点对于一些高层建筑及跨海大桥尤为重要。

▲日本Tozaki Bridge桥梁上的双层翼板设计

比如，现如今大型建筑物在建设前都会和汽车或飞机一样做风洞实验，而很多桥梁在建设时也会通过设计防撞护栏形式或者设计一个类似汽车上的翼子板一样的护栏进行导流，从而减低空气动力干扰。

而此次虎门大桥产生的“桥梁涡振”全称应该是“桥梁涡激共振”，其意思就是指在平均风作用下，有绕流通过实腹梁桥断面后交替脱落的涡旋引起的振动。

而网上流传的另一种说法“卡门涡街效应”，其实也是流体力学的一个分支，其提出者则是大名鼎鼎的冯·卡门先生。不过“桥梁涡振”现象和“卡门涡街效应”是类似的，都能解释这次虎门大桥为什么会发生异常抖动。

就是当一定的风速吹过虎门大桥时，刚好一排不大不小1.2M高的水马对气流产生了影响，使穿过大桥的气流周期性地产生两串平行的反向旋涡，继而连续性的旋涡会对被绕的桥梁产生周期性作用力，这个力刚好与桥梁的自振接近从而产生共振，继而又使得桥梁自身的振幅得到放大最终导致了视频中桥面接近扭曲的效应。

只不过是一阵“微风”配合1.2m高的水马却足以撼动15km长的跨海大桥，这也是算是空气动力学的一次典型应用了。

本文来源于汽车之家车家号作者，不代表汽车之家的观点立场。

异常抖动时间超过20个小时，虎门大桥将会如何解决呢？

虽然，虎门大桥的震动幅度明显大于4月底武汉鹦鹉洲长江大桥的桥面抖动。然而，在桥梁专家将虎门大桥的振动归结为水马和风况，桥上的水马全部被清除后，6日继续出现桥面振动，但没有大家第一次在视频中看到的那么剧烈。

所以很多人关心虎门大桥的“二次异常抖动”。如果与第一次无关，虎门大桥接下来怎么解决？截至目前，虎门大桥虽然连续实施双向交通管制，但桥面异常振动基本平息，且从专家对大桥整体结构的专业检测来看，并未受到此次异常振动事件的影响。

当然，由于虎门大桥6日继续出现轻微异常晃动，很多人难免会对桥梁专家第一时间给出的判断结果产生怀疑。因此，为了消除大家的恐慌，虎门大桥副总工程师解释:虎门大桥之所以会在第一次剧烈振动后，短时间内不间断地再次出现小范围的异常抖动，主要是因为惯性和风的双重作用，能量消耗需要一定时间。

换句话说，当虎门大桥的桥梁结构发生较大振动时，桥梁本身需要足够的时间来消耗掉过程中产生的所有能量。而且桥梁专家表示:可以肯定的是，虽然异常抖动需要一段时间才能缓解和消失，但这一系列由桥梁涡振引起的异常现象不会对桥梁结构安全构成威胁。

现在大家都知道，最近一段时间桥梁出现异常振动已经不是第一次了。而且武汉英武洲长江大桥异常振动的原因也是由特定的风力条件引起的，但桥梁专家当时表示，桥梁的波动幅度仍在桥梁设计的允许范围内，并且在随后的时间内没有继续出现这种情况，因此桥梁已经恢复通车。

事实上，5月5日下午虎门大桥发生较大振动后，当晚就有12名桥梁专家对异常振动是否会影响大桥安全通行进行了评估。 并在第二天凌晨发布称，虎门大桥悬索桥的桥面波动主要是由于风的作用下，沿桥连续布置的水马导致钢箱梁气动外形的变化，所以出现了大家在视频中看到的剧烈振动，用专家的专业术语来说就是所谓的桥梁涡振。

事实上，很多人害怕桥梁的异常振动。他们一方面担心自己的生命安全无法得到保障。另一方面，他们不知道为什么桥会这样摇晃。所以对于我们大多数对桥梁施工一窍不通的人来说，很容易把专家口中的桥面涡振和我们认为的颤振混淆起来。但是，实际上我们可以从涡振和颤振的定义上简单直接的区分两者。

简单地说，桥梁的涡激振动离不开风的作用。这类桥梁的桥梁一般跨度较大，桥梁的涡激振动实际上是风振现象之一。颤振作为空气动力学的重要问题之一，是不同的。这种现象的发生和风力没有直接关系。意思是只要具有弹性结构，当受到空气体或液体动力、惯性力和弹力的耦合作用时，就称为颤振。

当然，像虎门大桥这样的大型桥梁确实具备发生颤振或涡激振动的条件，但两者的影响是完全不同的。涡激振动影响车辆在桥面上通过的舒适性，而颤振则危及桥梁的主要安全。虽然长时间保持涡激振动可能导致桥梁疲劳，但就目前情况来看，虎门大桥整体已经趋于平静。目前之所以没有公布确切的通车时间，主要是为了进一步对大桥进行更全面的检查，大家不要太着急。

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