广西大学桥梁专家专业解读虎门大桥“晃动”

摘要： 2020年4月26日鹦鹉洲长江大桥及5月5号虎门大桥出现可明显的上下晃动现象，广西大学土木建筑工程学院谢肖礼教授团队对桥梁晃动的原因进行了科学分析并在分析结果的基础上提出了解决方案。

2020年5月5号虎门大桥出现可明显的上下晃动现象，广西大学土木建筑工程学院谢肖礼教授团队对桥梁晃动的原因进行了科学分析并在分析结果的基础上提出了解决方案。

虎门大桥的振动引起了普通民众和专家学者的极大关注。这次桥梁振动专业名称叫卡门涡激振动，即在一定条件下的定常来流绕过某些物体时，物体两侧会周期性地脱落出旋转方向相反、排列规则的双列线涡，经过非线性作用后，形成卡门涡街，当旋涡脱落的频率与物体频率相近时所引发的振动。虎门大桥属于悬索桥，柔性特征明显，自振频率较低，在低风速下容易发生涡激振动。这种涡激振动会引起人不适，甚至头晕，严重时会造成桥梁垮塌，如美国纽约塔科马大桥垮塌事件（图1、2），人们在调查这一事故收集历史资料时，惊异地发现：从1818年到19世纪末，由风引起的桥梁振动己至少毁坏了11座悬索桥。

广西大学土木建筑工程学院谢肖礼教授团队长期从事桥梁研究，针对桥梁的卡门涡激振动，从三角形稳定性原理出发，基于重力刚度理论，提出一种新的悬索桥结构体系（图3）加以解决上述问题。团队指出可以通过在原结构中引入斜腹杆，将其转变为由若干个三角形组成的带多点弹性约束的桁架，从而大幅提高结构的刚度、承载能力、和动力及吊杆抗疲劳特性，同时连续布置三角形以提高体系的抗变形能力。

新型悬索桥结构体系通过适时进行体系转换（图4），以传统悬索桥缆承担恒载，成桥后再安装三角形，以承担恒载获得重力刚度的主缆作为上弦杆来承压，通过所增加的三角形形成桁架抵御活载，大幅度提高结构刚度。因此，既保留了悬索桥承载力高的优点，又有桁架结构刚度大的优点。从而可以减弱甚至消除涡振的弊端，达到减少疲劳幅值增加桥梁耐久性的目的。其中刚性斜腹杆与主缆之间的连接是三角形形成的关键，新型悬索桥结构体系通过节点索夹实现两者的传力。对于下滑力较小的节点，采用如图5的节点锁夹；下滑力较大的节点，则采用如图6所示的桁式节点锁夹，即一个节点板通过多个（2~3个）索夹与主缆连接，来提供足够的摩擦力。