虎門大橋發(fā)生異常抖動

據(jù)專家組初步判斷，本次振動的主要原因是沿橋跨邊護(hù)欄連續(xù)設(shè)置水馬，改變了橋梁的外形，導(dǎo)致橋梁在特定風(fēng)環(huán)境下產(chǎn)生了渦振。

渦振

國際橋梁與結(jié)構(gòu)工程協(xié)會主席[1]葛耀君表示，本次震動不會對橋體的安全產(chǎn)生影響?！皹蛄憾秳拥姆染褪菐桌迕资畮桌迕住?dāng)我們對新建橋梁進(jìn)行驗(yàn)收時(shí)，需要滿載車輛測橋梁的承載力?；㈤T大橋880米，需要下降400分之一，也就是向下發(fā)生2米的位移和變形?！?nbsp;

而虎門大橋，正是我國橋梁工程學(xué)科創(chuàng)始人、同濟(jì)大學(xué)校長李國豪，與葛耀君教授的導(dǎo)師、中國橋梁抗風(fēng)研究的開拓者項(xiàng)海帆院士參與建造的。

“橋梁世家”出身的葛耀君，曾站在造就的舞臺上，與我們分享一座好的大橋背后隱藏著多少努力與汗水。

葛耀君

同濟(jì)大學(xué)橋梁工程系教授

國際橋梁與結(jié)構(gòu)工程協(xié)會主席

葛耀君在造就演講

大家下午好，我叫葛耀君。我來自“橋梁世家”，但是大家不要誤會，我的爸爸和我的爺爺都不是造橋的，而是因?yàn)槲业膶?dǎo)師，和我導(dǎo)師的導(dǎo)師都是國際著名的橋梁工程的專家。

我們?nèi)齻€(gè)都是來自同濟(jì)大學(xué)，所以同濟(jì)大學(xué)才是“橋梁世家”，而且它是我們新中國第一個(gè)橋梁工程學(xué)科的誕生地。

“橋梁世家”的三代傳承

“橋梁世家”的三代傳承

我介紹一下我導(dǎo)師的導(dǎo)師李國豪，解放前他留學(xué)德國，獲得博士學(xué)位以后回到同濟(jì)大學(xué)，1952年在同濟(jì)大學(xué)創(chuàng)辦了中華人民共和國第一個(gè)橋梁工程學(xué)科。后來，他又出任同濟(jì)大學(xué)的校長，以后又擔(dān)任了名譽(yù)校長。他是中國科學(xué)院和中國工程院的兩院院士，同時(shí)還擔(dān)任了上?？茀f(xié)和上海政協(xié)的主席。

我的導(dǎo)師項(xiàng)海帆是李國豪教授的第一位研究生，他是上世紀(jì)70年代末期第一批獲得德國洪堡基金赴德國留學(xué)的學(xué)者。回國以后1987年，他在同濟(jì)大學(xué)創(chuàng)辦了中國高校歷史上第一個(gè)橋梁工程系并兼任系主任。他是我們橋梁抗風(fēng)研究的開拓者，也是中國工程院的院士。

我是項(xiàng)海帆教授的第一位碩士研究生，以后又跟他讀了博士。我主要從事的是橋梁抗風(fēng)的教學(xué)和科研工作，并且在項(xiàng)老師之后兼任了同濟(jì)大學(xué)橋梁工程系主任長達(dá)十年。所以我今天自豪地宣稱——我是李國豪教授橋梁工程、項(xiàng)海帆教授橋梁風(fēng)工程的繼承人。實(shí)際上我們同濟(jì)大學(xué)橋梁工程系60多位老師都可以稱為中國橋梁工程和風(fēng)工程的繼承人。

力求自主，

中國橋梁工程界與日本、英國競爭

要說同濟(jì)大學(xué)對于中國橋梁最主要的貢獻(xiàn)，就要數(shù)呼吁和踐行中國橋梁的自主建設(shè)。我相信在座的一定會知道上海最引以為自豪的是我們在黃浦江上面的第一座大橋——上海南浦大橋。

上個(gè)世紀(jì)80年代圍繞著由誰來修建上海南浦大橋，曾經(jīng)進(jìn)行了非常長時(shí)間的一個(gè)爭論。1987年8月18號，我的導(dǎo)師項(xiàng)海帆教授向當(dāng)時(shí)的上海市市長寫信，呼吁自主建設(shè)南浦大橋。在信中項(xiàng)老師是這樣寫到的：

中國的橋梁工程界完全有能力自己設(shè)計(jì)和建造像黃浦江大橋這樣規(guī)模和技術(shù)難度的大跨度橋梁，中國工程界需要實(shí)踐的機(jī)會來提高自己的水平。

項(xiàng)海帆教授的信件

江市長的批復(fù)

這是一個(gè)中國的橋梁專家向上海、向全中國發(fā)出的中國橋梁自主建設(shè)的第一聲吶喊。一個(gè)月以后，江市長在項(xiàng)老師的信上親筆批示：

我看主意應(yīng)該定了，就以中國人為主設(shè)計(jì)，集思廣益，至多請個(gè)把美籍華人當(dāng)當(dāng)顧問，比如林同炎。[2]

在確定了南浦大橋自主建設(shè)以后，當(dāng)時(shí)已經(jīng)年逾75歲的李國豪教授親自擔(dān)任了專家組組長。他也沒有邀請任何外國人當(dāng)顧問，1989年上海南浦大橋開工建設(shè)，除了鋼梁的鋼板和拉索的鋼絲是進(jìn)口的，其他全都是國產(chǎn)的，充分體現(xiàn)了高度的自主建設(shè)。

1991年11月19號，上海南浦大橋順利建成通車，極大地提升了中國橋梁界自主建設(shè)大跨度橋梁的信心。

但是就在那年的年底，出生于廣東梅縣的李國豪教授得知，廣東虎門將要邀請英國公司來帶資修建我們大橋。李國豪教授是廣東人，所以他對廣東有一種刻骨銘心的感情。他寫信給時(shí)任廣東省省長的葉選平同志，他說：

虎門是中國林則徐禁煙的國恥地，中國人民的感情很難接受一個(gè)英國的公司。而且上海南浦大橋自主建設(shè)已經(jīng)取得了極大的成功。

葉選平省長在收到李國豪教授的信以后親切會見了李國豪教授，并在會見中間當(dāng)場承諾，虎門大橋由我們中國人自己來建設(shè)。

1992年，虎門大橋開工建設(shè)，五年之后自主建設(shè)順利竣工。從此以后中國的橋梁不問出處，所有都是由我們自己、由中國人設(shè)計(jì)和施工的。

虎門大橋

我們再回到上海，看看有多少座自主建設(shè)的橋梁。

1991年我們建成了上海南浦大橋，1993年我們又建成了上海楊浦大橋，并且創(chuàng)造了斜拉橋跨度的世界紀(jì)錄。1996年建成了徐浦大橋，2003年建成了盧浦大橋，2005年建成了東海大橋，2009年又建成了上海長江大橋。

中國橋梁自主建設(shè)

我們再來看看全中國橋梁自主建設(shè)的輝煌成就。

上個(gè)世紀(jì)90年代，我們建成了江陰長江大橋、廣東虎門大橋、廣東礐石大橋、萬縣長江大橋，其中江陰長江大橋是中國第一座一千米以上跨度的橋梁，也使得中國成為了全世界第五個(gè)能夠建造并且擁有一千米以上跨度橋梁的國家。

新世紀(jì)的第一個(gè)十年，我們建成了舟山西堠門大橋、潤揚(yáng)長江大橋、蘇通長江大橋、重慶朝天門大橋等。舟山西堠門大橋和蘇通長江大橋雙雙創(chuàng)造了鋼箱梁懸索橋和斜拉橋跨度的世界紀(jì)錄。

新世紀(jì)的第二個(gè)十年，泰州長江大橋、武漢二七長江大橋、四川合江一橋、港珠澳大橋等等又都順利建成。同時(shí)又創(chuàng)造了雙主跨懸索橋和斜拉橋跨度的世界紀(jì)錄，那就是我們的泰州大橋和武漢二七長江大橋。

沒有抗風(fēng)設(shè)計(jì)，

大橋就像一個(gè)巨型秋千

那么當(dāng)然大家肯定會說既然自主建設(shè)了，這是中國橋梁的靈魂，那么世界橋梁又在追求什么呢？也許這個(gè)問題大家可以找到答案，因?yàn)楝F(xiàn)在到處都在說創(chuàng)新，世界橋梁追求的肯定是創(chuàng)新，那么在橋梁工程中間，又是怎么樣來進(jìn)行創(chuàng)新的呢？

為了回答這個(gè)問題，首先我給大家介紹一下橋梁的組成。橋梁一般可以分成三種結(jié)構(gòu)，或者說由三個(gè)部分組成。

最主要的部分我們把它稱為橋梁結(jié)構(gòu)，它是跨越障礙物的一個(gè)結(jié)構(gòu)通道。為了支撐這樣的一個(gè)結(jié)構(gòu)通道，我們需要在障礙物的兩邊和通道結(jié)構(gòu)的下方有一些支撐，這樣的結(jié)構(gòu)我們叫橋梁基礎(chǔ)，或管它叫橋墩或者橋臺。

除此之外，為了方便通道結(jié)構(gòu)的使用，我們在上面還有一些所謂的橋面設(shè)施，它包括了欄桿、照明、交通標(biāo)志、標(biāo)線等等。這樣就組成了我們一座完整的橋梁。

如果按照橋梁結(jié)構(gòu)的受力情況，我們可以把橋梁分成四種類型。它包括梁橋、拱橋、斜拉橋和懸索橋。

四種類型的橋梁

其中梁橋的跨越能力最小，大概300米。拱橋的跨越能力稍微大一點(diǎn)，500米。斜拉橋的跨越能力更大，1000米。懸索橋的跨越能力是最大的，目前已經(jīng)達(dá)到了將近2000米。

如果是自然災(zāi)害，我們又如何來避免呢？特別是像大風(fēng)，像臺風(fēng)，像颶風(fēng)，一座大跨度的橋梁又如何來抵抗呢？我們下面來看看1940年秋發(fā)生在美國華盛頓州塔科馬大橋的可怕事件。

1940年秋發(fā)生在美國華盛頓州塔科馬大橋的可怕事件

在一場不是非常大的八級大風(fēng)的作用之下，塔科馬大橋發(fā)生了強(qiáng)烈的震動，并且振動的振幅不斷增大，最后導(dǎo)致整個(gè)橋梁上部結(jié)構(gòu)的垮塌，震驚了全世界，從此也揭開了橋梁抗風(fēng)研究，后來又發(fā)展成為風(fēng)工程研究的序幕。

橋梁抗風(fēng)

那么為什么會有這樣的一個(gè)災(zāi)難的發(fā)生？我們知道，當(dāng)橋梁結(jié)構(gòu)的跨度達(dá)到一定程度的時(shí)候，自然風(fēng)就會激起橋梁結(jié)構(gòu)的振動。這種振動的形式主要表現(xiàn)為三種，它包括豎向彎曲振動、扭轉(zhuǎn)振動和側(cè)向彎曲振動。

但是要命的或者說引起塔科馬大橋垮塌的恰恰是這樣的一種振動，我們把它稱之為顫振，它的振幅是會隨著時(shí)間的變化不斷增長的。

風(fēng)致振動除了我們講到的顫振之外，還可以表現(xiàn)為渦振和抖振另外兩種形式。我們首先來舉一個(gè)例子。

比如大家熟悉的上海盧浦大橋。上海盧浦大橋的跨徑是550米，它把封存了30多年拱橋跨度的世界紀(jì)錄給刷新了。前一個(gè)世界紀(jì)錄是513米，在美國Bayonne Bridge。那么這個(gè)是550米，因此在這樣的一座橋梁中間一定有許多創(chuàng)新，當(dāng)然它也獲得了許許多多國內(nèi)外的獎(jiǎng)項(xiàng)，我就不一一列舉了。

上海盧浦大橋

上海盧浦大橋的抗風(fēng)設(shè)計(jì)

我想說的是其中一項(xiàng)創(chuàng)新，大家可以看一下這是一個(gè)盧浦大橋的拱肋,它近似于一個(gè)矩形的斷面，所以我們在學(xué)術(shù)上面把它稱為是不鋒利的刀一樣的非常鈍的鈍體，當(dāng)然是相比于我們所謂的流線體。

為了克服這樣的鈍體所產(chǎn)生的渦振，我們想了好幾種辦法，然后我們根據(jù)數(shù)字分析以后發(fā)現(xiàn)，最后一種辦法它的效果是最好的，我們把它稱為隔流板。

為什么隔流板的效果會好？在沒有加隔流板的鈍體上產(chǎn)生上下兩個(gè)大渦，最后合成了一個(gè)更大更強(qiáng)烈的渦，使得這兩片拱肋發(fā)生振動，我們叫渦激振動得以激發(fā)。

有無隔流板的對比

那么我們加了這片隔流板以后情況是什么呢？盡管仍然有兩個(gè)渦，但是上下兩個(gè)渦合成一個(gè)更大的渦，而且上面的渦順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，下面渦逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，一部分抵消了它的渦振振動。

正是由于這樣的一個(gè)機(jī)理和發(fā)明，才使我們做出了對于橋梁技術(shù)的一大創(chuàng)新，并且這樣的技術(shù)后來又在廣州新光大橋和肇慶西江特大橋得到了非常好的應(yīng)用。

第二個(gè)例子是舟山大陸的連島工程。在舟山大陸連島工程中間一共有五座橋梁，其中我們要講到的這座橋梁就是連接金塘島和冊子島的西堠門大橋。舟山西堠門大橋由于它要跨越非常深的水道，并不是為了通航。

舟山西堠門大橋

舟山西堠門大橋的抗風(fēng)設(shè)計(jì)

我們需要把這個(gè)跨徑做得非常大，根據(jù)當(dāng)時(shí)全世界所具有的經(jīng)驗(yàn)，中國的潤揚(yáng)長江大橋的跨度是1490米，顫振臨界風(fēng)速只有52米/秒。而丹麥的大海帶大橋是1624米，它的顫振檢驗(yàn)風(fēng)速是65米/秒。而我們西堠門大橋的跨度是破紀(jì)錄的1650米。

由于橋位所在的位置地處我國東南沿海臺風(fēng)頻發(fā)地區(qū)，所以它的設(shè)計(jì)風(fēng)速特別得高，達(dá)到了78.4米/秒，實(shí)際上是78米/秒。它也創(chuàng)造了當(dāng)時(shí)世界上所有已經(jīng)建造的橋梁抗風(fēng)的紀(jì)錄。

為了解決這樣的一個(gè)問題，我們提出了在原來的整體箱梁的中間開一個(gè)槽，使得它變成了一個(gè)分體的箱梁來抵抗風(fēng)荷載的作用。然后我們通過大量的風(fēng)洞試驗(yàn)，證明中間槽的寬度6米和10.6米都可以滿足要求。

我們最后選擇了比較經(jīng)濟(jì)的中間6米槽寬的分體式的鋼箱梁，解決了抗風(fēng)的問題。而這項(xiàng)技術(shù)在四年以后又被韓國的李舜臣大橋所采用，最近丹麥有一座跨海橋梁也將采用這樣一項(xiàng)技術(shù)。

港珠澳大橋

我只是非常簡單地列舉了兩個(gè)我們所謂抗風(fēng)中間的技術(shù)創(chuàng)新，那么大家肯定會問，剛才我提到了港珠澳大橋，為什么不講講港珠澳大橋的抗風(fēng)呢？

港珠澳大橋?qū)嶋H上是由三個(gè)斜拉橋所組成，其中最大一個(gè)斜拉橋的跨度是420米，叫青州航道橋，最小的一個(gè)斜拉橋的跨度只有250米，叫江海直達(dá)船航道橋。這兩座橋梁的跨徑如果和西堠門大橋做比較的話分別只有四分之一和七分之一，當(dāng)然它的抗風(fēng)難度就沒有這么高，所以它也就沒有什么更大的抗風(fēng)創(chuàng)新。

要知道我們在工程中的創(chuàng)新，不是為了創(chuàng)新而去創(chuàng)新，而是為了結(jié)構(gòu)的安全，為了結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性而去創(chuàng)新。

所以港珠澳大橋在我們簡單的優(yōu)化以后可以抵御16級的臺風(fēng)，而臺風(fēng)山竹大概是14級，可能14級還稍微不到一點(diǎn)。而且它的臺風(fēng)中心距離港珠澳大橋的軸線還有上百公里，因此我們也就非常容易理解為什么港珠澳大橋什么事都沒有，經(jīng)歷了臺風(fēng)的考驗(yàn)。

中國是橋梁強(qiáng)國嗎？

我們說世界橋梁追求的是橋梁建設(shè)技術(shù)的創(chuàng)新，而我僅僅是列舉了其中兩個(gè)我自己經(jīng)歷的所謂的技術(shù)創(chuàng)新。大家肯定會問，對于我們中國橋梁來講，既然你有這么多的橋在造，也有這么多的技術(shù)創(chuàng)新，中國現(xiàn)在橋梁的地位到底是什么？

世界上10座最大跨度的懸索橋，中國占了4席

世界上10座最大跨度的斜拉橋，中國占了6席

世界上10座最大跨度的拱橋，中國占了7席

世界上10座最大跨度的梁橋，中國占了5席

世界上公認(rèn)的橋梁建設(shè)技術(shù)強(qiáng)國

第一個(gè)是壟斷了1980年之前懸索橋跨度所有世界紀(jì)錄的美國；第二個(gè)是預(yù)應(yīng)力混凝土之父及大跨度斜拉橋的法國；第三個(gè)是現(xiàn)代斜拉橋的創(chuàng)始國以及有強(qiáng)大科技實(shí)力的德國；第四個(gè)是中小跨度橋梁以及山區(qū)橋梁創(chuàng)新的杰出典范瑞士；第五個(gè)是創(chuàng)造并保持懸索橋和斜拉橋跨度世界紀(jì)錄的日本；最后一個(gè)是跨海工程創(chuàng)新以及擁有世界著名的COWI公司的丹麥。

這六個(gè)國家是公認(rèn)的世界橋梁強(qiáng)國，那么我們總結(jié)一下六個(gè)國家的情況，我們會看到大概有這樣四個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。

第一個(gè)是重大工程，我們中國有了，而且非常得多；第二個(gè)原創(chuàng)技術(shù)，我們中國有一些但是還不多；第三個(gè)是專家團(tuán)隊(duì)，在這方面我們還有一些欠缺；第四個(gè)方面是競爭勝出，所謂競爭而勝出是指在全世界的設(shè)計(jì)與施工公平競爭中通過招標(biāo)的方式來勝出，中國正在慢慢地趕上來。

所以我們說中國橋梁重大工程已經(jīng)非常多了，其他方面還亟待努力，橋梁建設(shè)水平代表了一個(gè)國家的形象，而且是一個(gè)國家科技含量和經(jīng)濟(jì)實(shí)力的集中體現(xiàn)。那么正因?yàn)檫@樣我們需要在橋梁方面進(jìn)行探索，進(jìn)行創(chuàng)新，進(jìn)行實(shí)踐。

橋架南北，天塹通途

同濟(jì)大學(xué)作為“橋梁世家”正在探索5000米跨度的懸索橋。懸索橋目前的跨度只有2000米，要做5000米跨度的懸索橋需要何等的勇氣，需要何等的智慧，需要何等的自信。

5000米跨度的懸索橋

我們從2002年開始對這個(gè)項(xiàng)目進(jìn)行了研究，一直到現(xiàn)在已經(jīng)從整體式的鋼箱梁發(fā)展成了分體式的箱梁，可以使得它的顫振臨界風(fēng)速提高了接近一倍。同時(shí)我們也發(fā)現(xiàn)，在所有的工況中正三度攻角是最不利的，目前在正三度攻角之下還只能夠抵抗12級的臺風(fēng)。

未來我們希望去探索能夠抵抗更大的臺風(fēng)，比如講14級、16級等等。我相信在不久的將來，我們一定會取得成功！

大家肯定會問，這么大跨度的橋梁用在什么地方？不是現(xiàn)在2000米就夠了嗎？我可以非常自豪地告訴大家，首先我們可以把這樣的橋梁用在連接我們中華民族的臺灣海峽上。

其次我們可以把這樣的橋梁用在連接歐非大陸的直布羅陀海峽上面。當(dāng)然，這是要有工程背景和有工程需求的。

5000米跨度橋梁用在哪里

我們說專業(yè)上狹義的橋梁，指的是跨越障礙物通往彼岸的一種通道；生活中廣義的橋梁，是指能夠起到溝通作用的人或者事物。

隨著時(shí)代的發(fā)展，我們賦予了橋梁更多的含義，比如我們說橋梁是溝通人與人之間、機(jī)構(gòu)與機(jī)構(gòu)之間、地區(qū)與地區(qū)之間，甚至于國家與國家之間的友好交往的紐帶。

所以為了實(shí)現(xiàn)中華民族的偉大復(fù)興，讓我們一起來共同建設(shè)更多更美好的專業(yè)橋梁和生活上的橋梁！謝謝大家！

1：國際橋梁與結(jié)構(gòu)工程協(xié)會

國際橋梁及結(jié)構(gòu)工程協(xié)會(International Association for Bridge and Structural Engineering)，簡稱：IABSE。成立于1929年，現(xiàn)有3000名會員，來自100多個(gè)國家和地區(qū)，是目前會員國最多的國際土木類協(xié)會。中國團(tuán)組于1976年由李國豪院士創(chuàng)立，同濟(jì)大學(xué)項(xiàng)海帆院士于2001年當(dāng)選為 IABSE副主席。2018年9月，同濟(jì)大學(xué)葛耀君教授當(dāng)選為IABSE主席，成為該協(xié)會近90年歷史上擔(dān)任主席職務(wù)的首位中國學(xué)者。

2：林同炎

林同炎（1912.11.14——2003.11.15），生于中國福建福州，美國工程院院士，中國科學(xué)院外籍院士，加州大學(xué)伯克利分校教授。他是預(yù)應(yīng)力混凝土理論及設(shè)計(jì)領(lǐng)域的奠基人之一，世界聞名的土木工程結(jié)構(gòu)大師。在大跨度橋梁和高層建筑的抗震結(jié)構(gòu)等方面作出了創(chuàng)造性貢獻(xiàn)。