虎门大桥是一座横跨珠江的钢筋混凝土悬索结构桥，全长约4.6千米，主跨度888米，于1997年6月9日正式通车，使用22年来一直没有发生过类似问题。但2020年5月5日下午，虎门大桥遭遇横风，突然出现上下起伏，交警指挥立即封闭大桥，避免发生严重事故。
关于虎门大桥的安全问题，广东省交通集团在5月6日已经发表声明称，根据专家组观测分析已经掌握的数据，大桥的悬索结构安全可靠，此次持续了二十个小时的振动不会影响悬虎门大桥的结构使用安全和耐久性！但作为吃瓜群众，不免有些担心，毕竟一座钢筋水泥大桥，晃了二十来个小时，到底是什么原因引起的，还能继续使用吗？
到底是什么原因引起大桥晃动的？
桥梁晃动其实不是第一次了，四月底武汉鹦鹉洲长江大桥也发生异常晃动，只不过幅度没有虎门大桥那么大！虎门大桥的晃动幅度直接让人想起了1940年美国塔科马大桥坍塌事件，因此看着大桥晃动时还在桥上通过的车辆来说，实在有些后怕，但虎门大桥后果真有那么严重吗？
虎门大桥起伏的幅度是有些吓人的
塔科马大桥也是结构类似的悬索桥，它在1940年7月1日通车后还没几个星期，桥面就开始了上下摆动，幅度最大甚至能超过1.5米，这个幅度下人员根本无法站立，此后当地政府设置了摄影机以记录桥面摆动以供研究，最后桥梁在晃动了将近5个月后终于崩塌！而全程记录的资料则后来被剪辑成纪录片，成为建筑界必看的活教材！
仔细看上下两种起伏是不一样的，虎门大桥是单纯的上下起伏，而美国塔科马大桥则是起伏带扭转，这是由同一种原因引起的两种不同原因的振动，而破坏力也不一样！
虎门大桥的涡振
卡门涡街效应引发了涡振，这可以用空气动力效应来解释，气流在通过有障碍物阻隔的区域时会形成涡流，而当这个障碍物的尺寸与风速恰到好处时候，气流会在通过障碍物后的周期性漩涡脱落，对障碍物产生周期性强迫力，当这个周期接近或者等于这个建筑物的固有频率时，就会形成共振现象！
涡振现象的涡流脱落示意图
涡振现象是非常普遍，气流穿过障碍物大都会发生或大或小的涡流脱落现象，比如最著名的就是国际空间站曾经有张云彩被气流带动穿过小岛时留下了一左一右的涡流脱落图像！所以横亘在珠江上的虎门大桥阻挡了气流，涡振是很难避免的。
美国国家航空航天局拍摄的智利海岸的胡安·费尔南德斯群岛周围的风引起的卡门涡街
塔科马大桥的颤振
塔科马大桥的上下起伏是由于结构强度设计不足，本身的弹性和惯性下，再配合适当的风速导致了这个破坏力极强的颤振！我们听到颤振一般都是战斗机试飞时候遭遇了颤振，很少听到大桥也会遭遇颤振，其实两者之间并无差别，塔科马大桥是一个长条形结构，在大面积的横风中和机翼的空气动力学方面模拟并无太大差异！
结构上的瞬时气动力与弹性位移之间有位相差，因而使振动的结构有可能从气流中吸取能量而扩大振幅。
而最关键的是塔科马大桥的设计参数，原本桥面设计厚度是7.6米，结果当地政府选择了金门大桥的设计师轻量化设计的2.4米桥面，让成本从1100万美元降到了800万美元，结果灾难的种子就此埋下，因为结构强度不足，塔科马大桥主跨长853.4米，桥宽却只有11.9米，桥面过于狭窄，只有2.4米高的钢梁也无法使桥身产生足够的刚度。在19米/秒风速作用下，桥面随着风速增加，颤振发生，振幅越来越大，最终在桥面振幅超过5米的情况下轰然倒塌，坠入了了塔科马海峡！
窄窄的桥面，现代桥梁中可能只存在于乡道上
为什么塔科马大桥垮塌了呢？虎门大桥很危险吗？未来风速增加有坍塌风险吗？
虎门大桥地处珠江，而且这是二十世纪末设计的，设计之初就重点考虑了风速下的卡门涡街效应引发的涡振，因此在设计上不会犯下这个错误的，那为什么通车二十多年都没有涡振，这几天就涡振了呢？主要是桥面设置了防撞的水马所致，改变了原先吹过风洞的空气动力性能，撤除水马后涡振慢慢消失，已经恢复正常。
拆除水马
未来虎门大桥会有涡振坍塌的风险吗？
涡振和颤振最大的区别是涡振很难避免，也就是说看起来并不振动的大桥，其实涡振同样在发生，主要涡振有一个范围，超过这个范围后，比如风速增加，涡流脱离速度频率反而会大于共振频率，因此振幅是收敛的，并不会持续扩大。颤振却不一样，随着风速增加，塔科马大桥随风起舞，振幅越来越大，超过大桥结构断裂极限时大桥就轰然倒塌了！
因此虎门大桥的涡振并不严重，主要是人为改变了气动结构所致！只要将这些改变撤销即可恢复，当时水马撤除后没有立即消除振动是因为大桥巨大质量的惯性，但在没有能量输入的情况下，会慢慢缓解，直至我们无法感觉到。但长期的涡振需要考虑的是桥墩材料疲劳，以及桥面接缝处的损伤以及桥墩位置是否有影响，这些都有专业的测试维护工具在检测，虎门大桥就有一套专业的系统对裂缝、航道、车流量、大桥的环境温度、振动情况、移位情况等进行实时监测预警，所以各位可以放心！
