虎门大桥虎门大桥要塌了？专家告诉你想多了！( 二 )
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美国路易斯安纳州的Luling大桥 ， 一榔头下去锚箱哗哗流泪 | 作者供图
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德国汉堡科尔布兰特大桥 ， 建成5年后吊索内钢丝就开始锈蚀断裂 | 作者供图
开流节源——治好虎门大桥的秘诀
空气动力学就是如此奇妙 ， 微不足道的水线就有可能引起拉索的大幅振动 ， 那么桥面上堆积的众多水马 ， 引起虎门大桥发生涡振 ， 也是合情合理的推测 。
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涡振现象模拟图 ， 气流遇到障碍物制造出了旋涡 | 作者供图
塔科马大桥的灾难过后 ， 全球桥梁工程设计们达成了一个共识： 所有的大桥都必须通过风洞试验来选出合理的结构断面 ， 以避免各种潜在的振动问题 ， 力图让风吹过桥面时 ， 可以像平静的水流一样流过 。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 。
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进行风洞实验的大桥模型 | 作者供图
事实上 ， 类似的振动在全世界范围内时有发生 ， 首先有请俄罗斯的伏尔加河大桥出场 。
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以及1997年的东京湾大桥 。
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麻木了吗？再看看韩国的珍岛（Jindo）大桥 。
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这类的振动确实吓人 ， 号称“战斗民族” ， 胆大包天的俄罗斯 ， 有关部门在伏尔加河大桥出现振动后 ， 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 。
我们可以将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 ， 超过了所能允许的范围 。 那么要解决这类问题 ， 就要“开流节源” 。
所谓开流 ， 就是把大桥无处安放的振动能量再传递给其他结构 ， 找个背锅侠承受这些振动的能量 。 土木工程中就有一位专业的背锅侠 ， 他的名字叫做调谐质量阻尼器 ， 简称TMD（Tuned Mass Damper） 。 这里所谓的调谐 ， 指的是将TMD的振动频率调整得和大桥的振动频率一样 。 不管是涡振还是其他振动 ， 都属于共振 ， 也就是荷载的频率和结构本身的频率一样 。 通过调谐 ， TMD就把收音机调到了大桥同一个频道 ， 当收音机里的音乐响起 ， TMD就能立刻挺身而出替大桥把锅背了 。
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我们可以看这个动图 ， 右边的主体结构上方附加了一个黄色的TMD ， 一开始TMD被固定住无法振动（背锅） ， 主体结构整体振动幅度就很大 。 当TMD解除固定振动以后 ， 主体结构的振幅就明显减小了 。 附加TMD方法是一种最为通用的结构振动控制方法 ， 前面动图中的三座大桥的振动都是通过附加TMD的方法解决的 。
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TMD系统示意图 | 作者供图
第二种方法便是“节源” ， 就是通过方法减少大桥振动能量的输入 。 既然虎门大桥是由于形状改变引起能量输入的增加 ， 那自然也就可以通过改变桥梁形状的方法解决涡激振动 。 例如丹麦的大海带桥（Storeb?lt suspension bridge） ， 该桥在施工快结束时发现了大幅的涡激振动 。 通过风洞试验 ， 工程师给桥面两侧设计了两个导流板（Guide vanes） ， 使桥面具有更好的流线线型 ， 避免了旋涡脱落导致的涡激振动 。
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