会“跳舞”的虎门大桥

肖霞辉

【时事背景】虎门大桥位于珠江口狮子洋上，是一座大规模柔性结构的悬索桥。虎门大桥建于1999年，建设期间，中国国内的大跨径现代悬索桥技术还处于空白，该桥梁的建设克服了重重困难，成为了中国大型悬索桥的标杆。全桥主路段呈正东正西方向布置。全长15.76千米，珠江主航道（狮子洋）上的主桥部分跨度达888米，离水面约60米高。它西接广州市南沙区，与广澳高速相连，东接东莞市虎门镇，与京港澳高速相连，是粤港澳大湾区一条极为重要的跨海大桥。

【试题呈现】2020年5月5日虎门大桥发生成波浪式的异常抖动，振幅约为40cm（该桥设计的极限振幅为2米） 。当日风速约为8m/s，这么温柔的风造成如此大抖动，让人困惑。专家将这种异常抖动称之为“涡振”。 “涡振”的发生是因为风向与桥侧面正交（垂直），桥面上下风速差异造成压力差而振动，如果这种振动频率与桥体固有频率一致时就会发生共振，振幅会明显增大，建筑体规模越大其固有振动频率越小。当日因为维修，桥的两侧摆放了水马，改变了桥梁本身的流线型外形（流线型外形有利于减少桥面上下因风速差异造成的压力差）。专家通过分析认为这次涡振不会对大桥的安全性造成危险。

1.请结合区域背景分析虎门大桥修建时需要克服的困难。（8分）

2.为什么说虎门大桥是粤港澳大湾区一条极为重要的跨海大桥？（6分）

3.说明5月5日虎门大桥发生异常抖动的原因。（8分）

4.简述专家认为本次涡振不会对桥梁安全性造成影响的原因。（6分）

【参考答案】

1. 珠江狮子洋河道是中国华南地区最大的国际航道，虎门大桥建设期间和建成运营均要解决万吨级轮船的安全通航问题（2分）;虎门大桥地处珠江入海口，为台风、雷暴等恶劣天气多发区域（2分）;入海口水体盐度较高，对大桥的防腐蚀要求极高（2分）;虎门大桥途经清末古战场炮台遗址，大桥选址、施建需保护当地文物，桥梁建筑造型需协调景观（2分）;所在地区气候炎热，钢桥面铺装层温度高， 对铺装材料温度适应性要求较高（2分）;没有现成的施工技术标准和设计规范，技术处于空白（2分）。（任意4点得8分）

2.虎門大桥工程是连接珠江东、西两岸，广东省东、西翼的重要交通枢纽，是贯穿深圳、珠海、香港、澳门的咽喉（2分）;大桥的建成使东莞、深圳以及粤东地区到珠海、中山江门粤西地区的交通无须绕道，行车里程可缩短一百二十多千米，对广东省的经济发展和珠江三角洲的腾飞有着十分重要的意义（2分）。引领了中国桥梁建造史上的技术创新，为中国大跨径悬索桥提供了技术经验（2分）。

3.5月该地盛行偏南风，风向与桥梁（正东正西）面正交（垂直）（2分）;当日桥梁两侧两侧摆放了水马，改变了桥梁本身的流线型外形，造成桥梁上下风力压差异加大（2分）;桥梁跨度大，并距水面高，易振动（2分）;桥梁为柔性结构的悬索桥，容易振动（2分）;桥梁体积大，本身固定的振动频率低，容易与风发生共振（2分）。（任意4点得8分）

4.虎门大桥建在台风频发区域，本身的抗风系数高（2分）;本次涡振振幅不大，对桥梁结构不造成影响（2分）;桥梁本身为柔性结构（2分）。