虎门大桥会塌吗？涡振是什么？专家解释来了
5月5日，广东虎门大桥桥面发生振动的视频瞬间刷屏。大桥以40厘米左右的幅度振动，桥上经过车辆中的乘客甚至产生了晕眩感。
对于这次罕见的大桥震动事故，许多桥梁工程专家第一时间给出的解释是，桥面安装的水马引起了“涡振”。
什么是水马呢？如下图所示，它是一种用于分割路面或形成阻挡的塑制壳体障碍物，通常是上小下大的结构，上方有孔以注水增重，故称水马。
图左，虎门大桥的水马；图右，常见水马
但水马撤除后，虎门大桥依然产生了规模较小的“余振”。与此同时，几张虎门大桥吊索锈蚀断裂的照片再次在网络上疯传……
那么，到底是什么原因引起大桥振动呢？和水马相关，还是和吊索相关？
5月10日，广东省交通运输厅组织召开虎门大桥悬索桥结构安全评估报告评审会，来自国内检测、设计、科研、施工等方面的9位专家参加了会议，与会专家同意检测单位和设计单位的评估结论，悬索桥结构安全。
同时，针对网传虎门大桥吊索钢丝断裂引发此次振动的消息，虎门大桥管理方在11日回应：该消息不实，38号吊索已于2019年完成更换。
嗯嗯～在有更新的官方解释之前，一起来了解一下专家们对“涡振”的专业科普，以及解决“涡振”的办法吧。
001.
这就是涡振
从流体的角度来分析，任何非流线型物体，在一定的恒定流速下，都会在物体两侧交替地产生脱离结构物表面的旋涡。怎么理解呢？
举个例子，在水流中插一根木桩，在特定条件下木桩下游的两侧，会产生两道非对称排列的旋涡。这两排旋涡旋转方向相反，相互交错排列。
还是不好懂？嗯，那就一起来听听东莞理工学院校长马宏伟，2018年的《工程力学》课程中，给机械工程类专业二年级学生上课科普的视频吧。
002.
“涡振”怎样使虎门大桥
产生波浪式振动的呢
在虎门大桥悬索桥桥面发生明显振动之后，专家组曾初步判断，虎门大桥悬索桥本次振动主要原因是，由于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，产生的桥梁涡振现象。
虽然，水马撤走之后大家再度出现振动，让上述上述判断受到质疑，但是目前而言，各方专家仍然倾向涡振导致大桥振动的推断。
专家们认为，虎门大桥上水马的出现，无疑破坏了原来合理的断面，搅乱了通过的气流。这如同在流动的河水中凭空加入障碍物一样，制造出了漩涡，从而导致大桥整体结构出现了不稳定。
而这个观点，有不少事实例证。因为，类似的振动在全世界范围内时有发生。
例如，俄罗斯的伏尔加河大桥。
1997年的东京湾大桥。
韩国的珍岛大桥。
这类的振动确实吓人，在伏尔加河大桥出现振动后，俄罗斯也不得不宣布大桥封闭五天。
但是上述振动过后，检测均证明大桥主要结构没有主要损伤，在加装一定的振动控制装置后就能保证运转完好。
003.
解决“涡振”的2个办法
装什么设置呢？首先，我们可以把大桥出现的大幅有害振动理解为，气流中的能量输入给了大桥，并且超过了所能允许的范围。
那么，顺着这个思路，找一个装置，把大桥无处安放的振动能量传递给其他结构，由它来承受这些振动的能量就可以了。这个装置就是调谐质量阻尼器，简称TMD。
另外一个办法是，既然虎门大桥是由于形状改变引起能量输入的增加，那么改变桥梁形状是不是就能解决涡振问题呢？
丹麦大海带桥在施工快结束时，发现了大幅的涡振。后来，通过风洞试验，工程师给桥面两侧设计了两个导流板，使桥面具有更好的流线线型，这样就有效避免了旋涡脱落导致的涡激振动。
好了，多给专家们一些时间，做好、做全各项验证，然后经过适当的加固改造，相信虎门大桥可以正常投入运行哒。
编辑：金子
图片：来自网络
本文编辑自：果壳、通用机械
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