探究！某地斜拉桥照明立柱开通2年即遭风致涡振开裂！

据透露，连接爱媛县偏远岛屿的磐城大桥在2022年3月开通不到两年后， 由于风引起的涡流振动，17根灯柱中的12根出现了裂缝 。

事件的原因是由于支柱的振动，疲劳损伤迅速发展。管理磐城大桥的爱媛县今治土木工程办公室将在 2024 年 8 月 9 日之前将所有灯杆更换为配备减振装置的灯杆。自同年9月以来，监测一直持续进行。

 

磐城大桥灯柱出现疲劳裂纹。在加强筋上方水平生长。

以前我们只关注桥梁结构本身的涡振，对于附属构件是否有加强？

     

     

桥梁概况

     

     

     

磐城大桥全长916米，连接濑户内海的磐城岛（爱媛县上岛町）和伊肌岛（爱媛县上岛町）。桥梁在方案设计阶段，对于桥型方面，选择钢/混凝土混合斜拉桥，因为可以避免混凝土梁自重对端部产生负应力，并且可以缩短边跨。由于海峡地区流速较高，主塔将位于海角尖端陆地上，综合考虑施工、经济效益和维护管理，中心跨长为475 m，主塔通过确定不产生负应力的跨度，确定桥梁长度为735 m。

 

 

桥梁（斜拉桥）全长735m，跨径布置为(53.800 m + 75.000 m +475.000 m + 75.000 m + 53.800 m)，采用五连跨钢/混凝土混合结构。两侧各有一条车道，宽7.5m。

由于主塔位于地质良好的基岩上，因此采用了经济高效的钢筋混凝土主塔。由于施工位置狭窄，需要缩小主塔柱之间的间距，因此采用了H形主塔。主塔为钢筋混凝土，塔高137.5m。

桥梁于 2022 年 3 月 20 日竣工。工程总造价约183亿日元。 防护围栏外设置一排高约10m的铝制灯杆。（本次事故构件）

 

由于磐城大桥中心跨长、宽度窄 ，必须仔细考虑抗风性和稳定性。设计风速设定为46.6 m/s，小于此风速不会引起发散振动 。经过研究，决定在主梁底部安装方形切口，在钢梁截面安装风振控制板和突出板。考虑到维护和管理问题，PC梁和钢梁的梁高统一为2.50 m，其中PC梁为两室结构，钢梁为一室结构。

     

     

事故溯源

     

     

     

2023年11月，也就是线路开通后约1年零8个月的时候，灯柱发生了异常情况。爱媛县为居民举办攀登磐城大桥主塔的活动，作为“基础设施旅游”计划的一部分，该计划旨在将社会基础设施作为旅游资源，该县官员发现了这条裂缝。

 

事故发展现象： 两条裂纹均发生在柱底部加强筋焊缝的正上方，并水平扩展。长度长达15厘米，有的已经渗透到基材的背面 。该县在大约两天内拆除了所有 17 根灯杆，因为如果无人看管，它们可能会倒塌。

    风速为 5 至 10 m/s 时会产生涡旋激励  

涡激是当风以恒定速度吹过具有圆形横截面的物体（例如 灯杆的支架 ）时可能发生的现象。风在柱子周围旋转，引起振动。

熟悉钢结构疲劳的琉球大学工学院下里哲弘教授表示：“涡激振动主要发生在风速约为每秒 5 至 10 米的情况下（取决于风速的自然周期）支持等）“在日本发生的可能性更大，并且不是由台风等暂时性强风引起的。”

 

磐城大桥灯柱上的所有裂缝均垂直于桥轴线延伸。疲劳裂纹似乎是在短时间内增长的，因为磐城岛和伊基纳岛之间的风吹过，引起涡激振动，反复沿桥轴线方向推拉支柱。 虽然磐城大桥本身考虑了风的影响，但对于灯柱并没有采取特殊措施。

 

 

     

     

桥梁涡振科普

     

     

     

桥梁不可避免地会受到自然风的作用，而现代桥梁结构正向着跨度更大、更柔、更纤细的方向发展，这必然导致其对风的敏感性增加。对于大跨度桥梁主梁（桥面）来讲，风致振动主要包括涡振、颤振、抖振。对于这三种振动，我们可以拿婴儿摇篮为例通俗地讲一下。

一位慈祥的父亲有规律地推动摇篮是涡振；一位喝醉酒的父亲在很短时间内突然大幅度推动摇篮是颤振；一位生气的父亲忽快忽慢推动摇篮是抖振。上述风致振动现象中，对大跨度桥梁产生较大危害的是颤振和涡振。

《公路桥梁抗风设计规范》(JTG/T D60-01-2018)对大跨度桥梁颤振和涡振性能作出了明确规定。由于颤振极具破坏性，可以导致结构彻底破坏，桥梁抗风设计的任务是杜绝桥梁发生颤振。《公路桥梁抗风设计规范》允许小幅度涡振存在。

目前，大跨度桥梁在建造之前，均经过了风洞试验的检验，保证大桥在一定风速重现期内不会出现颤振事故。 自塔科马大桥风毁以来，至今未发生过大跨度桥梁颤振事故。

然而，涡振现象在大跨度桥梁中并不少见。下表列出了国内外桥梁主梁断面（桥面）发生的涡振现象。悬索桥、斜拉桥、梁桥和拱桥（拱肋和吊杆）均会发生涡振现象。在我国，涡振性能则满足《公路桥梁抗风设计规范》。

 

我国桥梁建设规模占世界桥梁的半壁江山，所有桥梁在设计时都经受过多次风洞模拟试验，考虑到几乎所有的可能风力，再加上桥梁健康监测系统的进步，桥梁结构出现明显振动现象只是极少数。

如2020年虎门大桥悬索桥振动主要原因是，由于沿桥跨边护栏连续设置水马，改变了钢箱梁的气动外形，在特定风环境条件下，产生的桥梁涡振现象。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，不影响桥梁结构安全，会影响行车体验感、舒适性，易诱发交通安全事故。

但附属构件也会因为涡振现象产生疲劳破坏，进而有破坏，如灯杆有砸人风险，仍需持续关注，做设计时需要考虑这一工况。

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