作者：大臉菌

現代橋梁技術的發展，讓人類跨山越海，生活更加便利。在造橋方面，我國的技術一直都處于世界先進水平。從世界最長跨海大橋港珠澳大橋到世界第一高橋中國北盤江大橋，無一不顯示着大國工程。

在這些橋梁當中，很多都屬于懸索橋。懸索橋是以主纜為主承力結構、加勁梁通過吊索“吊挂”在主纜上的一種橋型，造型美觀、跨越度大。然而正是因為這種大跨度，讓懸索橋面臨許多空氣動力學與空氣彈力學上的問題。

近日，虎門大橋的異常抖動讓橋梁的這一問題，在網友之間又火了一把。作為我國第一座真正意義上的大型懸索橋，虎門大橋擁有多項國内創新獎，在技術的含金量上絕對毋庸置疑。

那麼，虎門大橋為何發生抖動？這幾乎成了每個人關注的問題。官方在通告中指出，本次的抖動很有可能是虎門大橋在檢修時，放置的1.2m高擋牆（水馬）産生了渦振現象，從而導緻了大橋抖動。

什麼是渦振現象，這種現象又是如何讓橋梁發生抖動的呢？物理學中認為，每個物體都有一個固有的振動頻率，當外在振動頻率與這個固有頻率接近時，就會産生共振。這種共振很有可能摧毀建築。

而流體力學中存在一種叫做卡門渦街的現象。流體通過非流線型物體時，會在物體兩側産生旋轉方向相反的螺旋。這些螺旋排列規則，會周期性的不斷出現，形成卡門渦街。由于卡門渦街效應會産生強烈的共振現象，因此我們将其稱為渦激振動（渦振）。

1940年，美國的塔科馬海峽大橋就曾發生過坍塌，而造成這一悲劇的原因就是渦激振動。設計之初，塔科馬大橋能夠抵禦60米/秒的風速，然而由于卡門渦街效應的存在，在當時19米/秒的低速風中就開始劇烈扭曲振動，并誘發橋面鋼梁折斷，墜落于普吉特海灣之中。

其實，橋梁的橋梁渦振在理論上是不能被消除的，隻能通過技術手段減少這種振動的發生。既然改變不了風的頻率，因此科學家在建造橋梁時，都會進行嚴格的風洞實驗，并且選擇合适的截面設計孔洞以破壞漩渦，減少渦旋帶來的威脅。

虎門大橋也不是國内第一例發生抖動的案例了。就在這次事件發生前不久，同為懸索橋的武漢鹦鹉洲長江大橋剛剛發生類似的抖動。但是這也不是這座橋第一次抖動了，早在2017年就有市民反應過大橋的晃動。比這些案例事件更早的2012年，有記者也稱看到過杭州灣跨海大橋的晃動。

有人曾擔心，大橋如此小的風速都經受不了，那遇到台風等暴風天氣時，如何能抗得住？這就要說到懸索橋主梁風緻振動的另一個原因了，它就是顫動。

不同于渦振的是，顫振一般是由高風速引起的，而渦振是低風速均勻風場下産生的。振動的橋梁會從氣流中不斷地借助能量，增大振動幅度，當達到臨界狀态時，就會使結構發生發散性振動，導緻建築被破壞，這就是顫振。

簡單來說，渦振和氣流之間是相互制衡的，它的振動幅度不會持續增大；而顫振和氣流确實互相成全，氣流的能量會源源不斷地供給到振動幅度上去，直到破壞建築物。

不過，在橋梁設計時，各國都對此有周密考量，我國的抗風規範更是要求大跨度橋梁在任何情況下都不能出現顫振。但是，由于渦振并不能被消除，因此各國都要求将渦振控制好振動幅度即可。

盡管相對于斜拉橋、梁橋等橋梁，懸索橋确實看起來弱不禁風，但是它卻是一種高超靜定結構。隻要風力不超過設計允許範圍，它的結構安全性完全不用擔心。

關于虎門大橋抖動的相關細節原因還在調查當中，包括後來出現的二次抖動原因，我們還是靜待官方的回複吧。

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