來(lái)源：同濟(jì)橋梁陳艾榮教授團(tuán)隊(duì)微信公眾號(hào)（ID：TJ-BDMP）

---

前段時(shí)間，一則微博刷爆了朋友圈，“蘇通大橋一根斜拉索斷裂，暫時(shí)封閉實(shí)施特級(jí)管制”。聽(tīng)標(biāo)題非常令人震驚，看了圖片才發(fā)現(xiàn)，原來(lái)是一條非專業(yè)人士的主觀評(píng)述。實(shí)際情況則是強(qiáng)風(fēng)下拉索振動(dòng)引起的阻尼器連接螺栓滑絲脫落。

新聞圖片（來(lái)源自網(wǎng)絡(luò)）

拉索是一種細(xì)長(zhǎng)型橋梁構(gòu)件，極其容易在強(qiáng)風(fēng)下引起明顯振動(dòng)。由于拉索的特殊性，在風(fēng)作用下，振動(dòng)類型非常復(fù)雜，主要有以下幾種：

1. 渦激共振

在風(fēng)的作用下，風(fēng)繞過(guò)圓柱體后，在尾流中將出現(xiàn)交替脫落的漩渦。周期性的渦激力將引起拉索的渦激振動(dòng)，當(dāng)漩渦脫落頻率和拉索固有頻率一致時(shí)，將發(fā)生渦激共振。渦激共振有以下特征：

• 渦激共振是一種有限振幅的振動(dòng)；

• 渦激共振只在一個(gè)或幾個(gè)風(fēng)速區(qū)域內(nèi)發(fā)生，存在風(fēng)速鎖定區(qū)；

• 渦激共振響應(yīng)對(duì)斷面形狀的微小變化很敏感。

2. 風(fēng)雨激振

在風(fēng)和雨的共同作用下，由于拉索表面水線的出現(xiàn)，改變了拉索的截面形狀，使其失去在氣流中的穩(wěn)定性，由此使得拉索很容易發(fā)生一種大幅振動(dòng)。這種振動(dòng)就稱為風(fēng)雨激振（也稱風(fēng)雨振），這也是斜拉索風(fēng)致振動(dòng)中最強(qiáng)烈的一種。由于風(fēng)雨激振是結(jié)構(gòu)、風(fēng)、雨三者相互作用產(chǎn)生的結(jié)果，使得風(fēng)雨激振的振動(dòng)機(jī)理比較復(fù)雜。風(fēng)雨振動(dòng)特征有：

• 拉索風(fēng)雨振的振幅遠(yuǎn)大于其他風(fēng)致振動(dòng)的振幅，大多數(shù)情況下拉索風(fēng)雨振的振幅幅值能達(dá)到2倍索直徑，個(gè)別甚至達(dá)到5倍左右索直徑，有的可能會(huì)導(dǎo)致相鄰拉索相互碰撞。

• 發(fā)生風(fēng)雨振的拉索頻率一般在0.3~3Hz之間，多模態(tài)同時(shí)被激勵(lì)，頻率成分較多。

3. 尾流馳振

相互平行布置的兩根拉索，由于上風(fēng)向拉索的尾流作用而使下風(fēng)向拉索產(chǎn)生更大的風(fēng)致振動(dòng)現(xiàn)象。尾流馳振一般表現(xiàn)為拉索的一階振動(dòng)，其具體特征有：

• 拉索間隔一般為 (2~5) 或 (10~20) 倍的拉索直徑；

• 增大阻尼可有效抑制振動(dòng)。

4. 拉索抖振

在風(fēng)的脈動(dòng)力、上游構(gòu)造物尾流的脈動(dòng)力或風(fēng)繞流結(jié)構(gòu)的紊流脈動(dòng)力的作用下，拉索發(fā)生的一種隨機(jī)振動(dòng)現(xiàn)象。抖振是一種限幅振動(dòng)，不像尾流馳振和風(fēng)雨激振那樣具有自激和發(fā)散的特性，不會(huì)引起災(zāi)難性的破壞。但是由于發(fā)生抖振響應(yīng)的風(fēng)速低、頻率高，因此會(huì)使拉索在接頭或者端部等構(gòu)件細(xì)部發(fā)生局部疲勞破壞。同樣，增加阻尼可以有效地抑制抖振現(xiàn)象。

5. 裹冰拉索風(fēng)致振動(dòng)

在我國(guó)北方、或者南方凍雨多發(fā)地區(qū)，拉索表面易產(chǎn)生覆雪或積冰，也會(huì)導(dǎo)致拉索外形的極大改變，從而導(dǎo)致拉索馳振等不利風(fēng)致振動(dòng)發(fā)生。

針對(duì)拉索的各種風(fēng)致振動(dòng)，工程上已有各種各樣的減振措施，主要為阻尼減振措施、氣動(dòng)減振措施以及結(jié)構(gòu)性措施。

1. 阻尼減振措施

由于空間限制和橋梁美觀性要求，拉索阻尼器一般安裝在拉索的下端。阻尼器通過(guò)自身能量的消耗，將拉索的振動(dòng)能量進(jìn)行消耗。這種方法對(duì)多種振動(dòng)都能起到明顯的減弱效果。

圖片來(lái)源自網(wǎng)絡(luò)

2. 氣動(dòng)減振措施

風(fēng)雨振一般與拉索表面的水線有關(guān)，因此螺旋線能夠一定程度的阻礙水線的形成。也有通過(guò)在拉索表面處理出凹坑外形的措施，同樣具有一定的破壞水線形成的作用。

3. 結(jié)構(gòu)措施

設(shè)置輔助索，如法國(guó)諾曼底大橋即采用此類措施。

法國(guó)諾曼底大橋的輔助索措施

拉索在正常運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，會(huì)出現(xiàn)各類病害。這其中包括拉索防護(hù)層破損、拉索阻尼器損壞、拉索錨固區(qū)銹蝕、拉索索體銹蝕斷絲等等。蘇通大橋一根斜拉索斷裂事件，屬于拉索阻尼器連接處破壞，是拉索阻尼器的一種常見(jiàn)的破壞形式。拉索阻尼器屬于拉索的附屬構(gòu)件，對(duì)于拉索的安全性不產(chǎn)生顯著影響，其設(shè)計(jì)壽命也遠(yuǎn)小于橋梁的100年設(shè)計(jì)壽命。阻尼器是為了避免拉索過(guò)早地出現(xiàn)疲勞等病害，因此在破壞后可進(jìn)行阻尼器的修復(fù)、或者壽命臨近時(shí)對(duì)其進(jìn)行更換，因此對(duì)拉索整個(gè)壽命周期內(nèi)的性能影響很小。

那為何蘇通大橋需要實(shí)施特級(jí)管制？主要是考慮強(qiáng)風(fēng)環(huán)境下的行車安全問(wèn)題。

大風(fēng)天氣下橋面橫風(fēng)的影響改變了汽車的受力狀態(tài)，使車輛所受的橫向力成倍增大，會(huì)造成行車過(guò)程中的橫向失穩(wěn)而發(fā)生交通事故，此類事故在國(guó)內(nèi)外多次發(fā)生。

沿海高架橋橋面?zhèn)葍A的廂型車

為了降低強(qiáng)風(fēng)天氣下橋梁通行車輛的安全事故風(fēng)險(xiǎn)，交通運(yùn)營(yíng)管理部門多會(huì)結(jié)合氣象部門發(fā)布的大風(fēng)預(yù)警信號(hào)（分為藍(lán)、黃、橙、紅四個(gè)級(jí)別）而發(fā)布交通出行信息，以提醒駕駛員注意駕乘安全或是建議其調(diào)整出行計(jì)劃。而作為橋梁運(yùn)營(yíng)管理部門則更多地關(guān)注風(fēng)天過(guò)橋車輛的安全性，往往會(huì)采取大風(fēng)天氣下限制車速、對(duì)某些易發(fā)生事故的車型進(jìn)行限行或是封橋等措施，來(lái)應(yīng)對(duì)大風(fēng)天氣橋梁的通行安全風(fēng)險(xiǎn)。