涡激振动原理
涡振全称为“涡激振动”,是指风绕流经钝体结构时可能发生漩涡的脱落,出现两侧交替变化的涡激力。当漩涡脱落频率接近结构的自振频率时,所激发出的结构共振现象。流体的动压力是一种作用于弹性系统的外加载荷,动压力的大小取决于弹性系统振动的位移、速度和加速度。
另一方面,流体动压力的作用又会改变弹性系统振动的位移、速度和加速度。这种互相作用的物理性质表现为流体对于弹性系统在惯性、阻尼和弹性诸方面的耦合现象。
虎门大桥于1992年10月28日动工建设;于1997年6月9日建成通车;于1999年4月20日通过竣工验收。
2020年5月5日下午,虎门大桥发生异常抖动,全桥路段已实施双向全封闭,禁止通行;2020年5月6日,广东交通集团通报,虎门大桥振动系涡振现象,悬索桥结构安全。经专家组初步判断,虎门大桥悬索桥本次振动主要原因是由于特定风环境条件下沿桥跨边护栏连续设置水马,改变了钢箱梁的气动外形,在特定风环境条件下,产生桥梁涡振现象。截至2020年5月6日,水马已经撤离,大桥振动幅度已经减弱。
2020年5月15日9时,虎门大桥恢复通车。
虎门大桥因受主桥风速大影响,产生涡振。出现异常抖动。
桥梁涡振是一种兼有自激振动和强迫振动特性的有限振幅振动,它在一个相当大的风速范围内,可保持涡激频率不变,产生一种“锁定”(lock-on)现象。桥梁涡激共振的有限振幅计算是一个十分重要但又异常困难的问题,目前国内外还没有形成一套比较完整的桥梁涡振分析理论。实用上,采用一种半理论半实验的方法,以近似地估算涡激共振的振幅。
广东省交通集团发布消息称,5月15日9时,虎门大桥恢复交通。
5月5日下午,虎门大桥悬索桥发生明显竖向弯曲振动现象,大桥管理方迅速启动应急预案,联合交警部门及时采取了双向交通管制措施。
5月6日上午,交通运输部专家工作组及时赴虎门大桥现场指导。广东省交通运输厅、省交通集团先后多次邀请国内知名专家对悬索桥全面检查、检测和安全评估报告进行审查,分析研判振动原因,研讨抑振方案。
大桥管理方立即组织设计、检测、施工等单位对悬索桥进行全面检查、检测和安全评估,委托三所高校平行开展抗风研究,并由设计单位牵头会同检测、三所高校、施工等单位对悬索桥振动原因进行深入分析,研究论证抑振措施。
检测单位综合近三年及此次检测、监测数据对虎门大桥悬索桥结构安全出具了评估报告,评估表明桥梁结构技术状况和承载性能保持稳定,此次振动未影响结构安全,桥梁关键构件钢箱梁、吊索、主索鞍、散索鞍、支座、伸缩缝等均未发现异常。特邀专家组经过认真评审,认为检测、监测项目较为齐全,方法合理规范,数据可信,同意检测单位和设计单位的评估结论,虎门大桥悬索桥结构安全。
特邀专家组对提交的悬索桥振动原因分析和抑振措施研究报告进行了认真评审,认为振动原因基本查明:虎门大桥是大跨度钢箱梁悬索桥,属于典型柔性结构,沿桥梁边护栏连续设置的水马改变了钢箱梁气动外形,在特定的风况条件下,诱发悬索桥发生竖向涡激共振;持续较长时间、较大振幅的涡振导致桥梁结构阻尼下降,即使水马拆除,特定风况下空载桥梁又发生了涡振。
根据研究成果和专家组建议,大桥管理方及时采取抑振措施,主要包括在外侧护栏上安装抑流板、改善钢箱梁气动外形,增设水箱压重提高阻尼比。目前,虎门大桥悬索桥整体情况平稳,抑振效果良好。
5月13日晚,在虎门大桥悬索桥恢复交通评估会上,特邀专家组认为,虎门大桥悬索桥结构安全,大桥管理方已采取抑振措施,并落实恢复交通前的准备工作,同意恢复交通运营。
虎门大桥位于珠江口狮子洋上,连接广州市南沙区和东莞市虎门镇,全长约16公里,双向6车道。主桥长4.6公里,主跨为888米的钢箱梁悬索桥。业内人士表示,虎门大桥主桥是我国自主设计建造的第一座大跨度钢箱梁悬索桥,是当时规模最大的公路现代悬索桥,在中国桥梁建造史上有诸多技术创新。此次对特定风况下涡振的应急处置,将为悬索桥的设计和管养等方面积累经验。
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