5月5日下午,正值五一假期返程高峰,虎门大桥悬索桥桥面突然出现异常“波浪式”晃动,幅度明显,给行车带来不适。随后,虎门大桥公司发布通告,宣布虎门大桥将于2020年5月5日15时20分起实行全封闭交通管制。同时,为确保过往船舶航行安全,经广东海事局和广东省交通运输厅同意,于5月5日18时15分实施临时水上交通管制,19时起,虎门大桥附近通航水域封闭。虎门大桥是中国第一座大型悬索桥,主航道跨度888米,被誉为“中国第一跨”。桥梁结构类似于鹦鹉洲长江大桥。虎门大桥作为粤港澳大湾区的重要通道,通车23年来,为粤港澳大湾区城市的互联互通和经济繁荣发挥了重要作用。同时,不断增长的车流量也让这条交通大动脉不堪重负。据了解,虎门大桥的车流量从1997年建成时的平均每天18400标车增加到最高每天17万标车,远远超过每天8万标车的设计标准,饱和度为2.1。桥梁发生振动后,国内相关领域专家前往现场勘察,给出了目前最可信的说法。初步判定,虎门大桥的振动主要是由于跨桥护栏沿线不断设置水马(挡土墙),破坏了桥断面的流线,在一定的风环境条件下产生了桥梁的涡激振动。

虎门大桥桥梁专业人士第一时间回应称,目前虎门大桥主体结构未受损。同时,专家表示,桥梁在遇到特殊风况时会有晃动是正常的,一般遇到涡旋风时桥面都会有晃动。二、桥梁涡振产生的原因最著名的因外力导致桥梁垮塌的例子是1940年的塔科马海峡大桥,它也是一座悬索桥,但在通车4个月后突然被微风摧毁。回到中国,不久前,长江上的鹦鹉洲大桥也发生了类似的现象。研究风对桥梁的影响非常重要,所以有必要了解桥梁在风的作用下为什么会摇摆。桥的平面与风向一致。风速不高的时候,不会震动。振动的原因是风速增大,会在桥的平面上产生气旋。这些气旋分布在桥梁的左右两侧,会造成振动频率与桥梁不同步,这就是桥梁涡振现象,其原理就是卡门涡街的形成。东莞理工学院的老师专门做过这个卡门涡街实验。实验过程是在吹风机下面用一张纸。风速比较小的时候,纸基本不会摆动。当吹风机的风速增加时,纸的尾部会摆动。虽然实验存在误差,但能很好地解释桥梁在强风作用下摇摆的原因。三、物联网在桥梁监测中的应用近年来,一系列桥梁损伤甚至坍塌事故提醒我们,必须高度重视桥梁的健康检测和安全评估,重视危桥的损伤检测和监测,消除隐患。因此,对桥梁的健康状况进行监测和评估,掌握桥梁的健康状况具有重要的意义。桥梁结构的监测也成为桥梁结构安全维护和正常使用的主要技术手段。显然,仅靠人力是无法监控过程的,而且费时费力,无法实现实时监控。因此,物联网技术已经成为远程桥梁结构健康监测中不可或缺的环节。80年代中后期,美国开始在一些桥梁上铺设传感器,检测桥梁的各种基本参数,如环境、荷载、振动、局部应力等,力图通过数据分析寻求一些力学规律。美国的阳光天桥上安装了500多个传感器。这些传感器主要用于采集桥梁施工和运营各阶段的位移、应变和温度变化。最后,人们可以通过这些信息发现桥梁结构和桥梁材料随时间变化的规律。在国内,虎门大桥、徐浦大桥、江阴长江大桥在施工阶段,工程师们就已经在桥体上铺设了传感器,可以实时监测桥体的各项指标和参数。香港青马大桥、汲水门大桥和汀九桥也配备了当时世界上最大的实时安全监测系统,包括900个传感器、9个计算机控制的信息收集系统和2个用于信息处理和分析系统的计算机工作站。论文称,虎门大桥监测系统新增了GPS位移、实时应变、长期变形、超载等监测系统。通过这些系统的功能,可以实时获得桥梁的受力、工作状态、抗风和抗震情况,实现桥梁的安全监控。从虎门大桥监控系统的表现来看,未来与物联网融合的基础设施监控系统市场将加速发展。资料显示,目前国内铁路营业里程12.9万公里,桥梁20万座。公路总里程14.26万公里,桥梁82.55万座。还有2万多座水电站、200多个机场等一些大型公共基础设施。在这些大型基础设施中,并不是所有的设施都有完整的安全监控系统。同时,在新基础设施的加持下,相关监控系统的需求和市场只会大大增加。

四、结构监测市场应运而生,不仅仅是桥梁,随着我国大规模基础设施建设浪潮的逐渐消退,隧道、建筑物、轨道等结构也开始进入长期运营使用阶段。然而,在自然界各种不确定外力的荷载和经济发展的需求下,各种结构普遍出现超负荷、疲劳运行的现象。中国的结构监测市场刚刚起步。结合物联网和智慧城市的发展,未来五年将孕育数十亿的市场份额。同时,随着现有建筑的逐渐老化,市场会越来越大。由于传感器的生命周期一般在8年左右,所以也是一个无限循环的市场。如果新楼在施工阶段就采用物联网结构的监控方案,整个市场无疑会扩大很多。

据统计,到2015年底,全国有70多万座桥梁、8000多条隧道(总长4000多公里)、3000多公里地铁、上千座大型体育场馆、数量庞大的老建筑和高层建筑,未来都需要实时在线监测和预警。本文由电子爱好者综合报道。内容参考自爱物联网,《基于物联网的特大型桥梁健康监测系统研究》,通信产业网。请注明以上来源。