涡振是什么意思(什么是涡振现象)

文章 2年前 (2022) 飞天叮当猫

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大家好今天来介绍涡振是什么意思(什么是涡振现象)的问题，以下是小编对此问题的归纳整理，来看看吧。

涡振是什么意思(什么是涡振现象)

什么叫涡振现象

对于海洋工程上普遍采用的圆柱形断面结构物，这种交替发放的泻涡又会在柱体上生成顺流向及横流向周期性变化的脉动压力。

如果此时柱体是弹性支撑的，或者柔性管体允许发生弹性变形，那么脉动流体力将引发柱体(管体)的周期性振动，这种规律性的柱状体振动反过来又会改变其尾流的泻涡发放形态。这种流体一结构物相互作用的问题被称作“涡激振动”。

虎门大桥仍振动原因：

虎门大桥管理方——广东省交通集团发布通告，称目前虎门大桥悬索桥结构安全可靠，此次振动不会影响虎门大桥悬索桥后续使用的结构安全和耐久性。目前，管理方正在对大桥进行全面检修。

昨晚，虎门大桥的桥面已经看不到明显的抖动，不过，大桥仍然处于双向交通管制状态，具体恢复通行的时间还没有确定，同时虎门大桥下的水域也已实行封航。

为确保大桥交通安全万无一失，虎门大桥管理养护单位已紧急开始对大桥进行全面检查检测。同时，交通运输部已组建专家工作组到现场指导，有关单位正全力加快检测。

专家介绍，大跨径悬索桥在较低风速下存在涡振现象，振动幅度较小不易察觉，仅在特殊条件下会产生较大振幅，不会影响桥梁的结构安全。

来源：中国小康网-虎门大桥仍振动怎么回事？

来源：-涡振现象

虎门大桥为什么会晃动专家称没有安全风险到底是什么原因

一辈子走过的桥比你走过的路都多，这是我们调侃别人资历不够的俗语，但话是怎么说，无论是谁桥都是经常走的，除非走过晃悠悠的吊桥，那些钢筋水泥桥晃动确实令人害怕，这宁折不弯的钢筋水泥还能像波浪一样起伏？

武汉鹦鹉洲长江大桥和虎门大桥发生异常抖动

4月26日的武汉鹦鹉洲长江大桥异常抖动时可能大家的关注度并不高，毕竟也不是特别严重，但5月5日虎门大桥的晃动就令人害怕了，笔者第一次看到虎门大桥那起伏波浪式的运动，即使对钢筋水泥结构性能有些了解的情况下仍然有些心有余悸，而且还从监控镜头中看到刚开始时还有车辆通过，不禁为他们捏了把汗，幸亏大桥维管单位迅速反应，立即停止通行，在这里要为他们点个赞！

大桥为什么会晃动？

大桥是由钢筋水泥架构的，在我们的印象中，钢筋水泥都是宁折不弯，但其实完全不是这样，钢筋水泥结构的形变程度可达1%，而且不会影响结构强度，也就是说我们建设的大桥有那么一点点变形，其实所有材料都会有一个形变范围，比如弯曲、拉伸和压缩，这些指标都不一样，而大桥的起伏正是材料弯曲形变的范畴！

那么有几个因素会造成大桥的弯曲呢？首先当然是重力效应了，所以悬索桥都会有一条条钢索把桥面拉住，避免它超过形变范围而垮塌！

另一个因素则是车辆经过的震动，如果冲击力够大，当然也可能造成桥面垮塌

还有一个则是风力因素，大桥遭遇强侧风时，会有两个效应，一个是涡振，另一个是颤振！涡振的全称涡激振动（vortex induced vibration，VIV），原因气流经过物体截面后，在物体背后产生周期性的漩涡脱落，由此产生对结构的周期性强迫力。我们看到的大风中横幅疯狂的上下波动，就是涡振，这是我们能见到的最常见现象。

涡震效应

涡振的频率与幅度与物体的气动结构外形有关，基本上会通过截面的形状来破坏涡旋的脱落，因此大部分条件下涡旋会提早脱落不至于引起连续的振幅与桥面共振频率一致。

设计的时候不能避免这种情况吗？

桥梁设计时候会有一个风洞模型数据采集过程，即将大桥将要建成的形状按比例缩小，在风洞中施以各种风速，看看桥梁是否会在常见气象条件下发生共振而危害桥梁安全，一座理论上安全的的桥梁应该在所有风速上都不会出现这种状况，但理论上往往是一个各方妥协的过程，即保证绝大部分条件下桥梁安全！

但设计者会尽可能将这个绝大部分比例提高的百年一遇或者千年一遇，那为什么虎门大桥几十年都没有发生让桥面明显欺负的涡振，为什么今年就很特别呢？据公开报道的资料，虎门大桥在维护过程中在桥跨边护栏连续设置水马，改变了原初设计时的气动外形，因此在某种风速下，这个气动效应就会诱发涡振，导致桥面起伏。

大桥晃动为危及桥梁安全吗？

从结构强度上来看，如果不超过设计标准，那么短期的涡振并不会对结构产生破坏，但长期可能会造成材料结构疲劳，最终寿命提前到来、强度降低而毁坏桥梁，因此当务之急是恢复虎门大桥的气动外形，如果仍然有震动的话，模型再吹风洞，看在哪些位置增加一些设计破坏这个气动效果而使大桥更安全。

虎门大桥的专家组称，大跨度悬索桥都会存在大小不一的涡震现象，幅度较小的我们不易察觉，5月5日的振幅比较大，尽管还不至于破坏结构，但可能影响行车安全！

广东省交通运输厅、省交通集团连夜组织中国内地12位知名桥梁专家召开专题视频会议进行了研判。根据现有掌握的数据和观测到的现象分析，虎门大桥悬索桥结构安全可靠，此次振动也不会影响虎门大桥悬索桥后续使用的结构安全和耐久性。

基于理由是振幅有限，涡震的振幅不会无限加大，因为在一定风速范围内会产生锁定现象，即空气的阻尼作用会阻止振幅增加，但风速增加后频率会脱离固有频率，那么共振消失，涡振带来的振动消失，所以专家组的结论是可信的。

历史上因为共振而坍塌的桥梁

因为共振被摧毁的大桥，美国塔柯姆大桥不是第一座，但绝对是最著名的一座，每次说到桥梁共振垮塌，那么1940年美国塔柯姆大桥共振被毁必须一提，因为它在大风中被吹到上下起伏，最后越来越严重，然后桥面断裂掉入河中的整个过程，被记录了下来，作为桥梁设计界的反面典型，学习桥梁设计的朋友这段录像是必看的保留节目。

桥面扭转作用非常明显

但引发塔柯姆大桥坍塌的不是涡振，而是颤振，颤振是条带状结构在横向气流作用下发生的大幅振动，并且具有以扭转振动为主的特征，最后断裂时现象是扭转断裂坠入河中，这镜头绝对令人记忆犹新！

风洞吹建筑物

所以从此以后，所有大型建筑，吹风洞是必须的，包括哪些上百层的高楼，因为空气动力效应下的变形，同样可能会引发共振，即使没到倒塌标准，那摇晃也会导致高层办公的人员头晕脑胀！

101大楼的抗震大球

另外还有抗震需要，会在大楼高层设置主动抗震来应对地震和大风的空气动力效应，比如上海大厦的慧眼，台北101大楼的抗震大球等，都是主动抗震措施！

虎门大桥异常抖动的原因竟然和汽车空气动力学有关系

文/张一
五一假期的最后一天，新闻头条给了广东的虎门大桥。从多家媒体报道及现场视频得知，5.5下午虎门大桥发生了异常抖动，整段桥面像波浪一样起起伏伏的在摇晃，现场一度看起来有些惊悚。
而很快，关于大桥异常抖动的原因也出来了。根据今日凌晨广东省交通集团通报，专家组初步判断大桥抖动是因为桥梁在特定风环境条件下，产生了桥梁涡振现象，并不会影响虎门大桥后续使用的结构安全和耐久性。
至于发生桥梁涡振的主要原因则是：沿桥跨边护栏连续设置的水马，改变了钢箱梁的气动外形。
“水马”，其实就是我们日常在道路经常见到东西，如下图，塑料空心结构，中间注水用来当作临时路障。而“气动外形”这个词听起来也很像汽车上术语。

不过一排小小的水马竟然能让一座跨海大桥发生异常抖动，这还是有点厉害了。而这背后的原理其实和汽车的空气动力学也是有些相似的。大家都知道，汽车开发是应用到空气动力学的，风阻系数这个词就是这一体现。
通过汽车的形面设计，使汽车的迎风面积尽量缩小，同时还要注意导流，让空气尽量贴着物体表面走，因为当较快的风速遇到凹凸不平的面，很容易产生混乱的涡流，不仅消耗汽车动能，对车身稳定性也有影响。
涡流这一点很好理解，如果你有过驾驶经验，当速度高于50km/h，你打开部分车窗，如果能感受到风伴随着你的头发在脸上胡乱的吹过，那就近似是产生涡流了。当然了，在汽车上，真正通常乱流产生较大的区域是三厢车的后车窗处。
所以汽车上通常的做法是，尽量减少凹凸面，或者进行导流设计，比如一些前包围、翼子板、前后扩散器以及加装底盘护板的做法，在加快空气流速提高下压力的同时也是起到防止空气流动混乱。
不过和汽车不同的是，在大型桥梁或者建筑上，应用空气动力学主要目的并不是利用风来做什么事情。而是尽量降低风对于建筑的风压以及空气动力干扰，也就是尽量让风“无视”或不影响到自己，这一点对于一些高层建筑及跨海大桥尤为重要。

▲日本Tozaki Bridge桥梁上的双层翼板设计
比如，现如今大型建筑物在建设前都会和汽车或飞机一样做风洞实验，而很多桥梁在建设时也会通过设计防撞护栏形式或者设计一个类似汽车上的翼子板一样的护栏进行导流，从而减低空气动力干扰。
而此次虎门大桥产生的“桥梁涡振”全称应该是“桥梁涡激共振”，其意思就是指在平均风作用下，有绕流通过实腹梁桥断面后交替脱落的涡旋引起的振动。

而网上流传的另一种说法“卡门涡街效应”，其实也是流体力学的一个分支，其提出者则是大名鼎鼎的冯·卡门先生。不过“桥梁涡振”现象和“卡门涡街效应”是类似的，都能解释这次虎门大桥为什么会发生异常抖动。
就是当一定的风速吹过虎门大桥时，刚好一排不大不小1.2M高的水马对气流产生了影响，使穿过大桥的气流周期性地产生两串平行的反向旋涡，继而连续性的旋涡会对被绕的桥梁产生周期性作用力，这个力刚好与桥梁的自振接近从而产生共振，继而又使得桥梁自身的振幅得到放大最终导致了视频中桥面接近扭曲的效应。
只不过是一阵“微风”配合1.2m高的水马却足以撼动15km长的跨海大桥，这也是算是空气动力学的一次典型应用了。
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