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                                                藤林鋼結構告訴你虎門大橋渦振后將來還會振嗎?此次渦振是否會對橋梁造成內部損傷?

                                                時間:2022-09-15 來源:上海鋼結構安裝公司、

                                                首先開門見山,第一個問題

                                                虎門大橋渦振后將來還會振嗎?

                                                如果不采取適當措施,將來一定還會發生振動,而且會成為常態。

                                                1)這次報道的渦振事件,從相關視頻來看,振幅非常明顯,如果說這次渦振產生這么大的振幅是橋梁建成以來所發生的最大振幅,這個表述我覺得是合理的也說得通(原因也找到了);但如果像有些媒體所說的這是這座橋建成以來第一次發生渦振,這個說法我覺得站不住腳。水馬應僅僅是稍微改變橋梁側向風作用下的氣動效應,但不會是根本性原因。我覺得這個橋在過去投入使用的幾十年間,應該是經常發生這種“類渦振”的低頻振動,只不過振幅沒有此次明顯而已。之所以這么說是因為水馬對Vortex Shedding的頻率的影響不會大到不發生共振到共振的幅度區間,這一點常識對稍微了解渦振頻率理論計算公式以及做過結構FRP分析的朋友應該都有體會,真正的原因應該是橋梁自身的自振頻率應該處于誘發“渦振”的敏感頻率區間,水馬的出現僅僅應該是“微調”了Vortex Shedding的頻率從而大幅增大了振動的幅度而已。

                                                2)如果上述理解成立,那么結論就自然應該是:移除水馬,大橋恢復到以前的幾何形狀,大幅振動消除,但依然會有一定幅度的振動,而且在不改變橋梁的剛度、質量和阻尼的前提下(假定橋梁結構在此次渦振中未造成內部損傷),這種小幅振動應該會成為將來的常態。

                                                那么由以上問題的分析解答很自然地會引出另一個問題:

                                                在這次渦振后,橋梁的剛度和阻尼改變了嗎?此次渦振是否會對橋梁造成內部損傷?

                                                我個人對這個問題的理解如下:

                                                1)如果這是一座全新的鋼懸索橋,我覺得這樣幅度的渦振對結構的剛度和阻尼影響應該不大。因為這樣的振幅不應該導致結構的主要受力體系(懸索、吊桿以及橋主鋼梁及橋面deck系統)進入非彈性破壞,因此主受力體系應該仍處于彈性狀態,不會對橋梁的主受力體系的構件造成什么損傷;對局部次要構件的螺栓連結節點可能會造成一定程度的破壞,但這對主體結構的安全性、剛度和阻尼的影響應可忽略不計。

                                                2)但是對于虎門大橋這樣一座已投入使用二十幾年的鋼箱梁橋梁,我認為像這次這樣如此幅度的渦振對橋梁的吊索與主鋼箱梁的連結節點,以及鋼箱梁以及橋面deck的焊接及螺栓連結等容易在正常使用階段銹蝕的部件位置一定會造成不可忽視的損害。因為這些節點或部件應該很多都有相當程度的銹蝕(這種現象是非常普遍的,這也是一般橋梁都要做周期性維護的原因),經過此次渦振后,可能會有很多的銹蝕部件或鋼絞線經不住這樣幅度的變形而斷裂。有些與疲勞相關的焊縫或節點也可能會有較大程度的裂縫開展,而這種損傷或破壞的程度或發展必須要經過系統的專業檢測來確定,是無法通過簡單外觀目測而得到的。但這樣的損傷對橋梁剛度和阻尼的負面影響卻是肯定的。即它會降低橋梁的剛度和阻尼,即降低橋梁體系的自振頻率。具體降低的幅值需基于檢測結果結合數值模擬方可確定。但此次渦振使虎門大橋的結構剛度變弱這一定性結論是可以得出的。并且這個結論是基于虎門大橋已進行合理的一般性周期性維護工作的假設,如果周期性維護工作做得好,那么這個負面影響就會較小,反之這個負面影響就會更大。

                                                因此,為避免將來發生相關事故,個人建議有關部門應對這座大橋做一個系統性的全面檢測,尤其是對受此次渦振影響大的區域,比鋼箱梁的拼接節點、橋面板和鋼箱梁的連結節點、豎向吊索同橋鋼箱梁的連結節點,尤其是橋跨中區域的豎向吊索與橋鋼主梁的連結節點(由于橋跨中區域豎向吊索的長度短,其連結節點對橋面的波動變形更敏感),以排除隱患。

                                                至于有朋友問主懸索是否會有事,考慮到懸索橋的一大特點就是主索無法替換,所以我覺得主懸索在設計時應該考慮到這一點已留有充分的承載力余量,所以應該不會有問題。但是如果主懸索有問題的話可就是大家都不愿意面對的大問題了。這個話題就不在本文討論的范圍了。


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