5月5日15時32分左右，廣東虎門大橋發生異常抖動，引起網友關注。

相關部門對虎門大橋進行了交通管制，截止到發稿前大橋仍然封閉。

從上圖中能夠看到，大橋橋面出現輕微起伏的波浪。

根據專家組初步判斷，虎門大橋本次振動的主要原因是沿橋跨邊護欄連續設置水馬，改變了鋼箱梁的氣動外形，在特定風環境條件下，産生了橋梁渦振現象。

那麼，橋梁渦振現象是什麼？大橋這樣抖動真的是個例嗎？曆史上還真有大風把橋吹塌的案例嗎？今天我們就來刨根問底。

什麼是渦振現象？

渦振的全稱是渦激振動，指的是氣流在繞過鈍體結構時，會發生周期性的旋渦脫落，産生周期性的上下交替變化的渦激力。這個旋渦脫落時的頻率會随着風速變化，也跟橋的主梁高度有關，當這個頻率接近結構自振頻率時，旋渦脫落和結構振動互相鎖定，就形成了共振現象。

要想完全理解渦振現象，首先要搞清楚這裡面牽扯的兩個重要的物理概念，一個叫作卡門渦街，一個叫作共振。

卡門渦街：是指在一定條件下的定常來流繞過某些物體時，物體兩側會周期性地脫落出旋轉方向相反、排列規則的雙列線渦。

定義看不懂？說得通俗一點：一個排球扔到空中，風從左向右吹拂。風遇到排球後，被排球分開，之後會在排球的右側再次彙合，如果風力較大的情況下，在排球的右側，風來不及彙合起來，就會出現漩渦。這個漩渦就是卡門渦街。

生活中流體的這種現象其實非常普遍，如橋墩的後面不适合遊泳，就是卡門渦街導緻的。

共振：物體在特定頻率下，相比其他頻率以更大的振幅做振動的情形，這個特定頻率稱之為共振頻率。

19世紀初，一隊法國士兵在指揮官的口令下，邁着整齊劃一的步伐通過一座大橋。快走到橋中間時，橋梁突然發生強烈的顫動并且最終斷裂坍塌，許多官兵和市民喪生。

人走路踩地的力量顯然是不會把橋踩塌了的，那麼為什麼會發生這種事情呢？這是因為部隊這麼多人齊步走的步調頻率剛好與橋梁的自有頻率吻合，造成了共振，最終坍塌。在這之後，軍隊通過橋梁都不允許用統一的步伐前進，以避免共振。

軍訓時如果過橋，教官一定會命令便步走

到這裡就可以解釋虎門大橋抖動的原因：當天出現的特定風環境，在橋的主梁上形成了卡門渦街，這個渦街的振動頻率剛好跟橋本身的自有頻率接近，所以産生了渦振現象，橋就跟着抖動起來了。

“罪魁禍首”水馬起了什麼作用？

水馬是一種用于分割路面或形成阻擋的塑制殼體障礙物，通常是上小下大的結構，上方有孔以注水增重。就長這樣：

虎門大橋近期進行了檢測和維修工作，所以放置了很多的水馬。這些體積并不大的水馬就能讓橋抖成這樣嗎？

上文我們提到過，渦振主要是因為卡門渦街形成的，當橋面上放置了水馬後，橋面的空氣動力性發生了改變，更容易形成漩渦，同時渦街的振動頻率也發生了改變，剛好與橋的自由頻率接近，就發生了振動。

如圖，在橋的一側放置水馬，然後用計算機模拟水馬對橋梁橫截面二維空氣動力性能的影響。結論是在有水馬的情況下，在尾緣及底闆附近存在更加明顯的渦。

可能有人會提出質疑：橋上還有那麼多汽車呢，為什麼汽車就不會引起渦振呢？

水馬是統一規格，而且整齊地排成一排，而汽車由于尺寸不同，中間還有縫隙，所以無法在整個橋的長度方向形成統一的空氣動力性影響。

再回想一下上文中法國軍隊齊步走導緻橋塌了的例子：把水馬整齊地碼放在橋上跟一群人在橋上齊步走類似，頻率接近橋的自有頻率可能會很危險；而汽車在橋上開則類似于一群人在雜亂無章地走動，不會對橋造成威脅。

其實在橋梁設計和建造的時候，都會考慮避免渦振現象的出現，現代橋梁一般都會用桁架結構作為橋梁的側面，這樣側風吹過後，形成的漩渦頻率不一緻，就不會引起共振現象的出現。

大橋抖動是個例嗎？

橋梁在設計時，風的影響是必須考慮在内的。大橋在特定環境風速下的振動，隻要在設計範圍内都是安全和正常的。

今年4月26日，武漢鹦鹉洲長江大橋也曾因為環境風擾動，使橋體産生了一定的晃動。這種晃動在專業評測單位鑒定後，确認是在被允許的設計範圍之内，所以不會有安全隐患。

2010年5月19日晚，俄羅斯莫斯科的伏爾加河大橋也由于風發生了渦振，橋身擺動劇烈，呈波浪形翻滾，整個橋體也出現了較為明顯的左右晃動，正在橋上行駛的車輛也在滾動中跳動。但是，當大橋停止振動後，專家發現橋梁無裂紋，無損傷。

日本東京灣通道橋也發生過類似的振動，當時主橋在16~17米/秒的風速下發生了豎向渦振現象，跨中振幅達50厘米。

并不是說橋抖動了就一定會發生什麼可怕的事情，隻要在設計允許的範圍内就沒事。

大風真的能損壞大橋嗎？

先說答案——能。美國著名的塔科馬大橋垮塌事件，就是風緻橋梁損壞的例子。

塔科馬海峽大橋建成後，隻要有4英裡/小時的小風吹過，橋梁就會有輕微的上下起伏。1940年，在大橋建成後4個月的一次8級風作用下，大橋在風中瘋狂扭動，傾斜程度可達45度，随後轟然倒塌沉入海峽。

自此之後，土木工程界充分認識到了空氣動力學對橋梁帶來的影響，後面所有的大型橋梁都要進行抗共振能力檢測。

後來，人們對塔科馬海峽大橋進行了重建，道床厚度增至10米，并在路面上加入氣孔，使空氣可在路面上穿越，防止卡門渦街的産生，是現在全美國第五長的懸索橋。

其實，塔科馬大橋倒塌的原因是顫振，顫振是風速較高時引起的一種振動，對橋梁的威脅巨大。

不過，在塔科馬大橋事件後，全世界的橋梁工程師都已經重視該問題，并且在設計時就會想辦法避免。如虎門大橋如果發生顫振，需要風速大于79米/秒，相當于18級大風，顯然這在實際生活中是不會出現的。

海上的台風一般也到不了18級，登陸後更不會

綜上所述

橋梁在設計的時候都會考慮風的影響

不會随随便便就被風吹塌的

大家在大風天過橋的時候不用擔心

本文專家：郭亮，中國科學院力學研究所柔性電子技術實驗室主任

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