本文转载自公众号胡正宇结构视点（id:AlexHU2020)
作者：胡正宇，英国皇家结构工程师学会(IStructE)资深会士(Fellow)，加拿大安省分会主席(Chairman of IStructE Ontario Division)，现持有英国皇家注册结构工程师、加拿大ON/AB/BC省注册工程师 Professional Engineer (P.Eng.)、BC省特别指定结构工程师 Designated Structural Engineer (Struct.Eng.) 以及中国一级注册结构工程师等诸多国家和地区的顶级结构工程设计从业资质。胡正宇先生目前还是美国土木工程师协会正式会员(M.ASCE)，并兼任英国皇家结构工程师学会皇家注册结构工程师考试阅卷考官（Marking Examiner of IStructE Chartered Membership Exam）。胡先生拥有超过二十年国际工程设计经验，精通从超高层到大跨度等各种结构类型的设计及项目管理。现为加拿大国家钢结构设计规范(CSA-S16)技术委员会委员，也是中国现行构筑物抗震规范GB50191-2012主要起草人之一。
编者按：上周国内结构工程界的热点话题非“虎门大桥发生涡振”事件莫属了。发生涡振的原因基本清楚，那就是由于近期维护施工时，在护栏两侧设置1.2m高的水马，改变了桥侧向迎风面的气动效应，由Vortex Shedding效应引起的有限幅度的涡振。关于这个问题网上已有很多报道，也有一些桥梁界的知名专家出面作了解释，这里没有必要重复。问题是这几天大家都聚焦于探寻涡振原因，现在原因也基本探明了，但关于这次涡振的影响是什么？今后还会振吗？会不会影响安全？怎么办？等问题，似乎探讨得很少。似乎目前主流媒体报道的“专家看法”是“涡振幅度有限，不影响安全”这么简单一句一带而过。但真是这样吗？凭什么这么说？今天这篇小短文的目的就是想谈一谈我个人对于这个问题的看法。需要特别说明的是，我本人并非桥梁领域的专家，因此下文中所谈及的观点纯粹基于我个人对结构概念和工程实践的理解，属一家之言。有不同意见者欢迎后台留言指教。
我的回答是：如果不采取适当措施，将来一定还会发生振动，而且会成为常态。
1）这次报道的涡振事件，从相关视频来看，振幅非常明显，如果说这次涡振产生这么大的振幅是桥梁建成以来所发生的最大振幅，这个表述我觉得是合理的也说得通（原因也找到了）；但如果像有些媒体所说的这是这座桥建成以来第一次发生涡振，这个说法我觉得站不住脚。水马应仅仅是稍微改变桥梁侧向风作用下的气动效应，但不会是根本性原因。我觉得这个桥在过去投入使用的几十年间，应该是经常发生这种“类涡振”的低频振动，只不过振幅没有此次明显而已。之所以这么说是因为水马对Vortex Shedding的频率的影响不会大到不发生共振到共振的幅度区间，这一点常识对稍微了解涡振频率理论计算公式以及做过结构FRP分析的朋友应该都有体会，真正的原因应该是桥梁自身的自振频率应该处于诱发“涡振”的敏感频率区间，水马的出现仅仅应该是“微调”了Vortex Shedding的频率从而大幅增大了振动的幅度而已。
2）如果上述理解成立，那么结论就自然应该是：移除水马，大桥恢复到以前的几何形状，大幅振动消除，但依然会有一定幅度的振动，而且在不改变桥梁的刚度、质量和阻尼的前提下（假定桥梁结构在此次涡振中未造成内部损伤），这种小幅振动应该会成为将来的常态。
那么由以上问题的分析解答很自然地会引出另一个问题：
在这次涡振后，桥梁的刚度和阻尼改变了吗？此次涡振是否会对桥梁造成内部损伤？
1）如果这是一座全新的钢悬索桥，我觉得这样幅度的涡振对结构的刚度和阻尼影响应该不大。因为这样的振幅不应该导致结构的主要受力体系（悬索、吊杆以及桥主钢梁及桥面deck系统）进入非弹性破坏，因此主受力体系应该仍处于弹性状态，不会对桥梁的主受力体系的构件造成什么损伤；对局部次要构件的螺栓连结节点可能会造成一定程度的破坏，但这对主体结构的安全性、刚度和阻尼的影响应可忽略不计。
2）但是对于虎门大桥这样一座已投入使用二十几年的钢箱梁桥梁，我认为像这次这样如此幅度的涡振对桥梁的吊索与主钢箱梁的连结节点，以及钢箱梁以及桥面deck的焊接及螺栓连结等容易在正常使用阶段锈蚀的部件位置一定会造成不可忽视的损害。因为这些节点或部件应该很多都有相当程度的锈蚀（这种现象是非常普遍的，这也是一般桥梁都要做周期性维护的原因），经过此次涡振后，可能会有很多的锈蚀部件或钢绞线经不住这样幅度的变形而断裂。有些与疲劳相关的焊缝或节点也可能会有较大程度的裂缝开展，而这种损伤或破坏的程度或发展必须要经过系统的专业检测来确定，是无法通过简单外观目测而得到的。但这样的损伤对桥梁刚度和阻尼的负面影响却是肯定的。即它会降低桥梁的刚度和阻尼，即降低桥梁体系的自振频率。具体降低的幅值需基于检测结果结合数值模拟方可确定。但此次涡振使虎门大桥的结构刚度变弱这一定性结论是可以得出的。并且这个结论是基于虎门大桥已进行合理的一般性周期性维护工作的假设，如果周期性维护工作做得好，那么这个负面影响就会较小，反之这个负面影响就会更大。
因此，为避免将来发生相关事故，个人建议有关部门应对这座大桥做一个系统性的全面检测，尤其是对受此次涡振影响大的区域，比钢箱梁的拼接节点、桥面板和钢箱梁的连结节点、竖向吊索同桥钢箱梁的连结节点，尤其是桥跨中区域的竖向吊索与桥钢主梁的连结节点（由于桥跨中区域竖向吊索的长度短，其连结节点对桥面的波动变形更敏感），以排除隐患。
至于有朋友问主悬索是否会有事，考虑到悬索桥的一大特点就是主索无法替换，所以我觉得主悬索在设计时应该考虑到这一点已留有充分的承载力余量，所以应该不会有问题。但是如果主悬索有问题的话可就是大家都不愿意面对的大问题了。这个话题就不在本文讨论的范围了。
最后再次强调，本人并非桥梁领域的专家，本文中所谈及的观点纯粹基于我个人对结构概念和工程实践的理解，有不同意见者欢迎后台留言指教。
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