5月5日14時(shí)許，廣東虎門大橋懸索橋橋面發(fā)生明顯振動(dòng)。橋面振幅過(guò)大影響行車舒適性和交通安全，大橋管理部門迅速啟動(dòng)應(yīng)急預(yù)案，聯(lián)合交警部門及時(shí)采取了雙向交通管制措施。19時(shí)46分實(shí)時(shí)監(jiān)控視頻顯示虎門大橋再次發(fā)生異常抖動(dòng)。
官方最新回應(yīng)來(lái)了
廣東省交通運(yùn)輸廳、廣東省交通集團(tuán)連夜組織國(guó)內(nèi)12位知名橋梁專家召開專題視頻會(huì)議進(jìn)行了研判。
廣東省交通集團(tuán)6日凌晨通報(bào)稱，專家組判斷，虎門大橋5日發(fā)生振動(dòng)系橋梁渦振現(xiàn)象，并認(rèn)為懸索橋結(jié)構(gòu)安全可靠，不會(huì)影響虎門大橋后續(xù)使用的結(jié)構(gòu)安全和耐久性。
專家組初步判斷，虎門大橋懸索橋本次振動(dòng)主要原因是，由于沿橋跨邊護(hù)欄連續(xù)設(shè)置水馬，改變了鋼箱梁的氣動(dòng)外形，在特定風(fēng)環(huán)境條件下，產(chǎn)生的橋梁渦振現(xiàn)象。
大跨徑懸索橋在較低風(fēng)速下存在渦振現(xiàn)象，振動(dòng)幅度較小不易察覺(jué)，僅在特殊條件下會(huì)產(chǎn)生較大振幅，不影響橋梁結(jié)構(gòu)安全，會(huì)影響行車體驗(yàn)感、舒適性，易誘發(fā)交通安全事故。
目前，虎門大橋橋面已基本恢復(fù)常態(tài)。為確保大橋交通安全萬(wàn)無(wú)一失，虎門大橋管養(yǎng)單位已緊急開始對(duì)大橋進(jìn)行全面檢查檢測(cè)，同時(shí)交通運(yùn)輸部已組建專家工作組到現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)，虎門大橋?qū)⒗^續(xù)封閉雙向交通，有關(guān)單位正全力加快檢測(cè)，以爭(zhēng)取盡早開放交通。
知識(shí)點(diǎn)：
懸索橋顫振（Flutter）：振動(dòng)的橋梁通過(guò)氣流的反饋?zhàn)饔貌粩辔∧芰?，?dāng)達(dá)到臨界風(fēng)速時(shí)使振幅逐步增大直至最后使結(jié)構(gòu)破壞的發(fā)散性振動(dòng)。該振動(dòng)多發(fā)生在風(fēng)速較大的情況，根據(jù)節(jié)段模型風(fēng)動(dòng)試驗(yàn)，虎門大橋的顫振臨界風(fēng)速大于79m/s，遠(yuǎn)大于現(xiàn)在發(fā)生振動(dòng)的約9m/s，因此可以排除這種情況。
渦激共振（Voxtex-excited Resonance）：風(fēng)繞流經(jīng)鈍體結(jié)構(gòu)時(shí)可能發(fā)生旋渦的脫落，出現(xiàn)兩側(cè)交替變化的渦激力，當(dāng)旋渦脫落頻率接近結(jié)構(gòu)的自振頻率時(shí)，所激發(fā)出的結(jié)構(gòu)共振現(xiàn)象。多發(fā)生在小于25m/s的較低風(fēng)速，與本橋的情況吻合。
大修團(tuán)隊(duì)見解
虎門大橋大修辦公室副總工程師張?chǎng)蚊?日晚接受央視新聞采訪時(shí)表示，大跨徑懸索橋，由于風(fēng)的作用，會(huì)有顫振和渦振。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，顫振可能產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)，對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)有破壞作用，而渦振對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)不會(huì)有影響，只會(huì)對(duì)行車舒適度有影響，其最明顯的特征是，橋面上下振動(dòng)。而渦振產(chǎn)生的原因是，風(fēng)作用在橋面上，跟橋的自振頻率一致，產(chǎn)生共振，且是有限幅度的振動(dòng)，一定范圍內(nèi)的振動(dòng)，在低風(fēng)速的振動(dòng)。風(fēng)速的變化，如大小、方向等，渦振會(huì)慢慢消除。
對(duì)于為何后續(xù)還會(huì)發(fā)生抖動(dòng)，張?chǎng)蚊舯硎荆㈤T大橋是大跨徑懸索橋，屬于柔性結(jié)構(gòu)，抖動(dòng)發(fā)生后，把橋面的水馬清理了，風(fēng)速也減小了，渦振就小了很多，之所以仍有抖動(dòng)，可能是慣性的原因，渦振會(huì)慢慢自動(dòng)消除。
張?chǎng)蚊艚榻B說(shuō)，虎門大橋顫振臨界風(fēng)速為79m/s。經(jīng)檢測(cè)，5日下午，橋面的風(fēng)速為10-12m/s，約為5級(jí)風(fēng)速；當(dāng)晚，橋面風(fēng)速大約9m/s。當(dāng)前，工作人員正在對(duì)虎門大橋檢測(cè)，主要對(duì)風(fēng)速、振幅、大橋結(jié)構(gòu)物等進(jìn)行檢測(cè)，同時(shí)也邀請(qǐng)了對(duì)業(yè)內(nèi)權(quán)威專家開會(huì)研究，會(huì)對(duì)渦振的原因、大橋的抗風(fēng)性等進(jìn)行研究論證。
橋梁專家見解
橋梁專家、同濟(jì)大學(xué)土木工程學(xué)院橋梁工程系教授葛耀君在接受媒體采訪時(shí)解釋說(shuō)，因?yàn)榛㈤T大橋在修吊桿和主纜，橋梁兩邊放置了臨時(shí)擋墻防止車撞，也就是俗稱的“水馬”。原來(lái)橋梁結(jié)構(gòu)是非常流線型，加了水馬就變得非常鈍體，容易引起渦振。
葛耀君通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)視頻研判，估計(jì)5月5日的振動(dòng)幅度為幾厘米或十幾厘米，這樣的振動(dòng)看上去很大，但對(duì)新橋驗(yàn)收時(shí)，需要用滿載車輛測(cè)試橋梁承載力。虎門大橋主跨880米，就要下降四百分之一，也就是向下發(fā)生位移和變形2米多。
因此，他認(rèn)為此次振動(dòng)不會(huì)對(duì)虎門大橋產(chǎn)生強(qiáng)度與安全性問(wèn)題，但振動(dòng)會(huì)讓人不舒服，車開上去會(huì)有危險(xiǎn)，交通還不能通。
延伸閱讀：碳纖維復(fù)合筋在橋梁加固中的應(yīng)用
碳纖維片材用于橋梁加固技術(shù)是目前應(yīng)用較為普遍的技術(shù)之一，其十幾年來(lái)的應(yīng)用為橋梁加固事業(yè)作出了歷史性的貢獻(xiàn)。
針對(duì)傳統(tǒng)橋梁加固改造工程中所存在不足，諸如：因采用的加固材料（如鋼板/纖維布）溫縮模量與混凝土鋼筋混凝土材料的溫縮模量差異較大，不能形成同步的溫縮變形狀態(tài)，影響加固耐久性；采用鋼材加固增加防銹處理等后期維護(hù)投人；以及采取增大截面法，結(jié)構(gòu)面會(huì)留下不和諧修補(bǔ)“傷疤” 影響結(jié)構(gòu)外觀和技術(shù)狀況評(píng)價(jià)等問(wèn)題，碳纖維筋橋梁加固是一項(xiàng)新的應(yīng)用外粘高性能碳纖維復(fù)合材料增強(qiáng)結(jié)構(gòu)技術(shù)，主要形式包括“嵌人植筋加強(qiáng)法" 和“體外配筋擴(kuò)大截面增強(qiáng)法"。碳纖維筋與高強(qiáng)聚合物砂漿的聯(lián)合使用充分利用了纖維棒筋的抗拉伸強(qiáng)度、聚合物砂漿的快凝強(qiáng)度和砂漿與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的溫縮模量的近似特性，既可提升鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的承載能力，也可充分利用新材料環(huán)境特征，達(dá)到維修、加固、利用與修舊翻新的綜合作用。
碳纖維復(fù)合筋的性能
碳纖維復(fù)合筋為棒型材料，主要成分為由碳纖維，通過(guò)特殊技術(shù)處理與樹脂高溫固化而成。碳纖維分子結(jié)構(gòu)界于石墨和金剛石之間，含碳體積分?jǐn)?shù)在0.9以上。碳纖維根據(jù)原絲類型可分為聚丙烯腈（PAN）基、瀝青基和粘膠基3種，由原絲纖維加熱至高溫后除雜獲得。根據(jù)碳纖維原絲類型可分為聚丙烯腈（PAN）基、瀝青基和粘膠基3 種。目前,PAN碳纖維按力學(xué)性能又分為高模量超高模量、高強(qiáng)度和超高強(qiáng)度4種；按用途可分為宇航級(jí)小絲束碳纖維和工業(yè)級(jí)大絲束碳纖維，其中小絲束以1K、3K、6K、12K和24K（1 K為1 000根長(zhǎng)絲單位重量），大絲束為48K以上。
碳纖維的優(yōu)勢(shì)
碳纖維具有較強(qiáng)的防水和防滲漏的特點(diǎn)，具有耐酸、耐堿的耐腐蝕性，阻燃性和良好的力學(xué)性能和良好的導(dǎo)電導(dǎo)熱性，因此也在建筑工程和其他領(lǐng)域被廣泛運(yùn)用。據(jù)投資顧問(wèn)行業(yè)研究中心相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示,目前,世界碳纖維的需求量將以每年約13%的速度增長(zhǎng)。由此可見，碳纖維的使用將越來(lái)越廣泛。
碳纖維復(fù)合筋的特性
碳纖維復(fù)合筋的主要技術(shù)指標(biāo)及其與鋼筋對(duì)比如下表：
碳纖維復(fù)合筋的主要性能：（1）質(zhì)量輕（相當(dāng)于鋼密度的1/5）；（2）強(qiáng)度高（抗拉強(qiáng)度是鋼筋的4到5倍）；（3）密度?。?.5g/cm3）；（4）彈性模量高（彈性回復(fù)100％）；（5）熱膨脹系數(shù)小，耐高溫和低溫性好；（6）耐酸性好，對(duì)酸呈惰性，耐濃酸侵蝕；（7）與砂漿附著力強(qiáng)。從表格中可以看出，碳纖維復(fù)合筋的密度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于鋼筋，同樣體積的材料，重量上碳纖維復(fù)合筋的優(yōu)勢(shì)很大；碳纖維復(fù)合筋抗拉強(qiáng)度也大于鋼筋，其熱膨脹系數(shù)較低，就說(shuō)明在相同的溫度下，膨脹的程度會(huì)低很多。
橋梁作為公路交通的關(guān)鍵設(shè)施，具有跨越深谷、承受運(yùn)載、通航泄洪、保證安全、連接路網(wǎng)的重要功能。目前，我國(guó)各級(jí)公路上營(yíng)運(yùn)的橋梁總數(shù)達(dá) 60余萬(wàn)座。
按橋梁設(shè)計(jì)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)大中小類型的橋梁平均使用壽命測(cè)算，橋梁平均設(shè)計(jì)使用壽命在50年左右。全國(guó)年均需要改造翻新的橋梁約有10 000 余座，合計(jì)約60余萬(wàn)延米。以二級(jí)路為例，每年國(guó)家需要投人的橋梁改造費(fèi)用上百億人民幣，這是一筆巨大的投資。根據(jù)近10年危橋改造的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，現(xiàn)有重交通組成作用下的橋梁使用壽命平均在33年之內(nèi)，部分路段橋梁的使用壽命甚至更短。如何更有效的延長(zhǎng)橋梁的使用壽命、如何更有效的提高危險(xiǎn)橋梁的改造利用技術(shù)、如何將加固后的橋梁變得更持久，是當(dāng)前橋梁管理中面臨且急需解決的問(wèn)題。
面對(duì)當(dāng)前大規(guī)模的橋梁改造任務(wù)，各級(jí)橋梁管理部門都十分重視其處理效果，近年來(lái)積極研究和尋求有效的維修加固新技術(shù)，但這并不是一件容易的事情，目前在橋梁加固改造中常采用的技術(shù)還是十幾年前的研究成果，主要方法如：“鋼板加固法”、“擴(kuò)大截面加固法”、“體外（內(nèi)）預(yù)應(yīng)力加固法”、“碳纖維布加固法”等，這些材料技術(shù)為輕交通狀態(tài)下的橋梁加固做出過(guò)貢獻(xiàn)。隨著近幾年重交通的發(fā)展和擴(kuò)散，現(xiàn)有橋梁的加固材料和工藝技術(shù)在適應(yīng)性方面面臨巨大挑戰(zhàn)。一方面是目前所使用的加固材料（如鋼板/纖維布）其溫縮模量與混凝土鋼筋混凝土材料的溫縮模量差異較大，造成加固后的補(bǔ)強(qiáng)材料與原結(jié)構(gòu)的溫縮變形差異化，形成不同步的溫縮變形狀態(tài)，影響加固耐久；另一方面當(dāng)前加固中為提高結(jié)構(gòu)受力的高強(qiáng)材料仍然采用鋼材，因鋼材有防銹處理的要求，這樣就增大了后期的維護(hù)投人，在結(jié)構(gòu)層面上需要增設(shè)3 cm以上厚度的防銹保護(hù)，造成自重增加，影響使用效果；此外，在增大截面法中，因材料強(qiáng)度因素，需要增厚自重增加，影響結(jié)構(gòu)受力和加固效果?，F(xiàn)有加固材料和工藝中即便是解決了受力要求，但施工后的結(jié)構(gòu)面會(huì)留下不和諧修補(bǔ)“傷疤”，影響結(jié)構(gòu)外觀和技術(shù)狀況評(píng)價(jià)。
由此可見，研究和選擇一種高強(qiáng)、防腐蝕、經(jīng)濟(jì)、施工方便，且與鋼筋混凝土材料溫縮模量相一致的維修加固材料，達(dá)到理想的加固改造，且能提高橋梁的承載能力是十分迫切和必要的工作。
碳纖維筋橋梁加固技術(shù)為新材料新工藝應(yīng)用科學(xué)研究范疇，該技術(shù)適用廣泛、概念新異、高效耐久，為現(xiàn)有橋梁加固材料的替代產(chǎn)品，將積極推動(dòng)我國(guó)舊橋加固技術(shù)的發(fā)展，解決困擾各級(jí)橋梁管理人員有關(guān)橋梁行駛安全的顧慮，大大提升結(jié)構(gòu)安全領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步。
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