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虎门大桥为啥异常抖动!从流体力学来了解这些

时间:2020-10-21 15:16来源:网络整理 浏览:
五一假期的最后一天被异常抖动的虎门大桥刷了屏。5日有人拍到虎门大桥异常抖动,桥梁管理部门随即封闭大桥进行检测。而6日凌晨发现虎门大桥仍有轻微

五一假期的最后一天被异常抖动的虎门大桥刷了屏。5日有人拍到虎门大桥异常抖动,桥梁管理部门随即封闭大桥进行检测。而6日凌晨发现虎门大桥仍有轻微抖动。

What?什么情况?钢筋铁骨的东西还会抖?这桥很危险吧?一时间大家的脑子里跳出了无数个问号,有个别思想阴暗者还抛出了“这桥怕不是又一个豆腐渣工程”的疑问。

虎门大桥为啥异常抖动!从流体力学来了解这些会跳舞的大桥


您先别急着下结论。经过桥梁专家的连夜研判,最终确定虎门大桥异常抖动的原因是“涡振现象”。涡振会造成桥梁抖动,但桥梁主结构并没受损,对桥梁的结构也没影响。

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还别说,大桥抖动这事儿,还确实是经常发生的。你是不太关注新闻吧,其实前些天武汉鹦鹉洲长江大桥就抖过。不信?看下边的动图就是鹦鹉洲大桥抖动的情况。

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不过鹦鹉洲大桥的抖动原因是“共振”,和虎门大桥的原因还不太一样。太专业的解释估计你也懒得听,我也懒得讲。总之,桥梁震动确实是正常情况。

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你怕是没见过,老外的桥抖的比咱还厉害。美国的塔科马海峡大桥、日本的东京湾大桥、俄罗斯的伏尔加大桥都有过抖动的情况。非得我拿出证据你才信是吧?那戳下边的视频吧:

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其实大桥抖动真的是很常见的情况。你想想,那么长的桥,下边流着水上边吹着风,还是用斜拉索拉着的,就算是钢筋铁骨,怎么可能一动不动呢。

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大桥抖动的原因很多是因为流体力学上所说的“涡激振动”现象。所谓涡激振动,是指在一定条件下的稳定来流绕过规则物体时,物体两侧会周期性地产生脱离其表面的涡旋,也就是所谓的边界层脱离,这种流体与物体相互作用的现象被称作“涡激振动”。

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好吧,那我举个简单的例子:你找根竹竿把它插到溪水里,溪水流过竹竿之后就会产生旋涡,而竹竿也会发生晃动。竹竿越高,晃动得就越厉害。

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上边的例子里,如果你把竹竿想象成大桥,把水流想象成吹过大桥的风,就可以明白为啥大桥会抖动了。

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大概可以这么简单的理解,但真实原理可不是风吹的这么简单。另外,大桥的抖动还有一种是鹦鹉洲大桥那样的共振原因。

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用物理学上的解释来说,共振是指一个物理系统在必须特定频率下,相比其他频率以更大的振幅做振动的情形,而这些特定频率称之为共振频率。

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好吧,我们再来举个简单的例子:有一根绳子在正常晃动(如下图第一种情况)。

你用手握住绳子乱晃,晃动频率和绳子频率不一样的时候,绳子晃动可能就会变轻(振幅变小),就是图中的第二种情况。

而如果你手的晃动频率和绳子频率一致的时候,绳子的晃动的就会变剧烈(振幅变大),就是图中的第三种情况。


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把绳子想象成大桥,把你的手想象成吹过大桥的风,就可以理解桥和风的频率一致时导致大桥抖动变剧烈的原因了。这就是共振导致大桥抖动的情况。

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我们上面提到的塔科马海峡大桥就是因为类似原因垮塌了。这座桥于1940年7月1日通车,之后只要有轻度或中度的风就会使该桥来回摆动,因此被称为“舞动的格蒂”。1940年11月7日,大桥轰然垮塌。

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航天工程学家冯·卡门通过研究发现了以其名字命名的“卡门涡街”现象,而该现象也正是塔科马海峡大桥垮塌的真正元凶。从此人类才真正意识到“卡门涡街”在桥梁设计上的重要影响,此后设计的桥梁都会规避此类问题。

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所以,请相信科学,虎门大桥抖动的真正原因是“涡激振动”。而这种情况在大桥设计时已经考虑到了,这样的抖动是正常现象,不会影响大桥的安全性。

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