會“跳舞”的虎門大橋

肖霞輝

【時事背景】虎門大橋位于珠江口獅子洋上，是一座大規模柔性結構的懸索橋。虎門大橋建于1999年，建設期間，中國國內的大跨徑現代懸索橋技術還處于空白，該橋梁的建設克服了重重困難，成為了中國大型懸索橋的標桿。全橋主路段呈正東正西方向布置。全長15.76千米，珠江主航道（獅子洋）上的主橋部分跨度達888米，離水面約60米高。它西接廣州市南沙區，與廣澳高速相連，東接東莞市虎門鎮，與京港澳高速相連，是粵港澳大灣區一條極為重要的跨海大橋。

【試題呈現】2020年5月5日虎門大橋發生成波浪式的異常抖動，振幅約為40cm（該橋設計的極限振幅為2米） 。當日風速約為8m/s，這么溫柔的風造成如此大抖動，讓人困惑。專家將這種異常抖動稱之為“渦振”。 “渦振”的發生是因為風向與橋側面正交（垂直），橋面上下風速差異造成壓力差而振動，如果這種振動頻率與橋體固有頻率一致時就會發生共振，振幅會明顯增大，建筑體規模越大其固有振動頻率越小。當日因為維修，橋的兩側擺放了水馬，改變了橋梁本身的流線型外形（流線型外形有利于減少橋面上下因風速差異造成的壓力差）。專家通過分析認為這次渦振不會對大橋的安全性造成危險。

1.請結合區域背景分析虎門大橋修建時需要克服的困難。（8分）

2.為什么說虎門大橋是粵港澳大灣區一條極為重要的跨海大橋？（6分）

3.說明5月5日虎門大橋發生異常抖動的原因。（8分）

4.簡述專家認為本次渦振不會對橋梁安全性造成影響的原因。（6分）

【參考答案】

1. 珠江獅子洋河道是中國華南地區最大的國際航道，虎門大橋建設期間和建成運營均要解決萬噸級輪船的安全通航問題（2分）;虎門大橋地處珠江入海口，為臺風、雷暴等惡劣天氣多發區域（2分）;入海口水體鹽度較高，對大橋的防腐蝕要求極高（2分）;虎門大橋途經清末古戰場炮臺遺址，大橋選址、施建需保護當地文物，橋梁建筑造型需協調景觀（2分）;所在地區氣候炎熱，鋼橋面鋪裝層溫度高， 對鋪裝材料溫度適應性要求較高（2分）;沒有現成的施工技術標準和設計規范，技術處于空白（2分）。（任意4點得8分）

2.虎門大橋工程是連接珠江東、西兩岸，廣東省東、西翼的重要交通樞紐，是貫穿深圳、珠海、香港、澳門的咽喉（2分）;大橋的建成使東莞、深圳以及粵東地區到珠海、中山江門粵西地區的交通無須繞道，行車里程可縮短一百二十多千米，對廣東省的經濟發展和珠江三角洲的騰飛有著十分重要的意義（2分）。引領了中國橋梁建造史上的技術創新，為中國大跨徑懸索橋提供了技術經驗（2分）。

3.5月該地盛行偏南風，風向與橋梁（正東正西）面正交（垂直）（2分）;當日橋梁兩側兩側擺放了水馬，改變了橋梁本身的流線型外形，造成橋梁上下風力壓差異加大（2分）;橋梁跨度大，并距水面高，易振動（2分）;橋梁為柔性結構的懸索橋，容易振動（2分）;橋梁體積大，本身固定的振動頻率低，容易與風發生共振（2分）。（任意4點得8分）

4.虎門大橋建在臺風頻發區域，本身的抗風系數高（2分）;本次渦振振幅不大，對橋梁結構不造成影響（2分）;橋梁本身為柔性結構（2分）。