小编的话:相信不少社友昨天都刷了“虎门大桥出现强烈振动”这则新闻,这是因为豆腐渣工程导致的吗?今天和大家详细分析一下原因——
虎门大桥振动原因详解
据知乎网友“Alex Cui”回答,这是一个非常典型的卡门涡街现象,罪魁祸首很有可能就是桥梁维护中安放的这一排水马,一种用于分割路面或形成阻挡的塑制壳体障碍物。
就是你开车经常能在路上看到的这个物体。
水马实物图
卡门涡街原理图
这次事故中,水马改变了大桥的共振特性,当一定速度的风吹过,不大不小,刚刚好是今天的风速8m/s,穿过大桥的气流会周期性地产生两串平行的反向旋涡,连续性的旋涡会对被绕的桥梁产生周期性浸染力,这种浸染力和大桥震动的频率接近时,就会产生共振。
共振越强,大桥摆动扭曲的幅度便会越大,好在昨天的共振不强,及时拆卸了水马,没有酿成桥毁人亡的事故。
根据现有掌握的数据和观测到的现象分析,虎门大桥悬索桥结构安全可靠,此次振动也不会影响虎门大桥悬索桥后续使用的结构安全和耐久性。
但这也在一定程度上暴露出了我们在桥梁养护过程中,缺乏足够的专业人员指导,忽视了桥梁的特性。
历史上的事故
桥梁的共振,专业名词叫“机械共振”——每个物体都有一个特别的固有频率,当外界作用给这个物体的频率恰好等于这个固有频率时,物体就会产生超出平常的位移,形成共振。
重量只可能压垮桥梁,不可能导致桥梁共振。如:去年的无锡高架桥坍塌事故,就是由于重量压垮所致,而非共振。原文链接:“无锡高架桥突然坍塌谁的锅?”
现代桥梁是如何抗震的?
现代的桥梁,为了防止出现共振垮塌,都在设计时增加了阻尼设置,已经杜绝了共振垮塌的可能。
桥梁抗震的两大方法是隔震和耗能。隔震原理下的延性设计和隔震设计已经被规范收录采用,而采用耗能原理的各种阻尼器还未在规范中体现,所以我们说说阻尼器。
其实基于耗能原理的减震设计已经被建筑规范采用10多年,可以相信阻尼器和阻尼支座在桥梁上一定会有应用空间。
▲粘滞阻尼器。
根据流体运动,特别是当流体通过节流孔时会产生粘滞阻力的原理而制成的,是一种与刚度、速度相关型阻尼器。(粘滞阻尼器采用内填硅油的油缸式结构,通过活塞的往复运动带动内部硅油的流动,进而产生阻尼效果)
粘滞耗能阻尼器的研发和应用,等于给建筑或桥梁装上了”安全气囊”。在地震来临时,阻尼器最大限度吸收和消耗了地震对建筑结构的冲击能量,大大缓解了地震对建筑结构造成的冲击和破坏。
建筑结构抗震设计有如下原则:
强柱弱梁:要求同一结点柱端截面受弯承载力总和大于梁端受弯承载力总和;
强剪弱弯:控制截面的抗剪承载力大于抗弯承载力;
强结点弱构件:梁柱结点是保证结构整体性和关键部位,要保证结点有足够的强度和刚性;
建筑结构抗震的一般原则同样适用于桥梁结构;
桥梁震害分析
桥梁上部结构由于受到墩台、支座等的隔离作用,在地震中直接受惯性力作用而破坏的实例较少,由于下部结构破坏而导致上部结构破坏则是桥梁结构破坏的主要形式,下部结构常见的破坏形式有以下几种:
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墩台位移使梁体由于预留搁置长度偏小,使得桥跨纵向位移超出支座长度而引起落梁破坏;
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支座在地震作用下由于抗剪承载力不足而破坏,导致落梁;
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配筋设计不当,承载力不足,引起结点部位破坏;
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墩柱失效引起落梁破坏;
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