大桥为何会反常晃动？“卡门涡街”了解一下

  据中新网音讯，5月5日15时32分左右，广东虎门大桥发生反常颤动，广州交警支队对虎门大桥进行了交通管制，提示途经车辆绕道行进。据现场视频显现，呼呼风声中，大桥桥面呈现细微崎岖的波涛。

  事实上，大桥“反常”颤动或晃动的情况时有发生——这是流体力学中重要的现象“卡门涡街”。比方，2010年，俄国南部伏尔加河的大桥就曾发生波涛状的“古怪”摇晃，其时好几辆正行进在桥上的车子也跟着不断摇晃。

  可是，真实让人们意识到“卡门涡街”在修建、桥梁、飞机制造规划以及船只范畴的重要影响，当属美国的塔科马海峡吊桥事情——它既是现代桥梁修建史上最为标志性的灾祸，也成为物理学和工程学的经典研讨事例。

  据《商业内情》报导，美国华盛顿州的塔科马海峡吊桥（Tacoma Narrows Bridge）建于1938-1940年间，是其时仅次于金门大桥和乔治华盛顿大桥的国际第三长吊桥。它的规划师莱昂莫伊塞夫是美国20世纪二、三十年代悬索桥的领军人物，也是全钢制桥的前期推行者。

  莫伊塞夫的“变形理论”广负盛名，依据这个理论，桥梁长度越大，答应的变形也越大。正因为如此，莫伊塞夫信任本身能够把悬索桥建得比以往更轻、更细、更长，这个主意在他对塔科马海峡大桥的规划的详细计划中得到了充分体现。

  可令莫伊塞夫没想到的是，大桥吊装完成后，只需有4英里/小时的“小风”吹来，大桥主跨就会有细微的上下崎岖。甚至在制作过程中，工人就现已留意到了这座大桥呈现的晃动现象。

  1940年11月7日，技术人员在7：30测得风速为38英里/小时，两小时后增强至42英里/小时，而此刻的塔科马海峡吊桥，桥面波涛形崎岖已达1米多。张狂的扭动使得路面一侧翘起达8.5米，歪斜到达45度。

  终究，承受着大桥分量的吊索连续开裂，失去了拉力的桥面就像一条发怒的蟒蛇在空中奋力挣扎。建成通车仅四个月后，120多米的大桥主体轰然坠入塔科马海峡，激起了一大片烟尘。

  据《福布斯》报导，塔科马海峡吊桥坍毁后第二天，闻名物理学家冯卡门觉得此事不当，便用一个塔科马海峡吊桥模型做试验。成果不出他所料，塔科马海峡吊桥坍毁事情的首恶，正是“卡门涡街”引起的桥梁共振——

  在必定的风速规划内，穿过大桥的气流会周期性地发生两串平行的反向旋涡，连续性的旋涡会对被绕的桥梁发生周期性浸染力，这种浸染力和大桥轰动的频率挨近时，就会发生共振。共振越强，大桥摇摆歪曲的起伏便会越大。

  当然，规划之初，为了漂亮和节约出资，莫伊塞夫使用过轻的物料，并将大桥从7.6米高的钢桁架主梁降至2.4米高的钢板梁，也是变成灾祸的原因之一。

  但毫无疑问的是，塔科马海峡吊桥为后来的桥梁规划与制作敲响了警钟。究竟，其时的桥梁规划界没有认识到卡门涡街的严重危害，仍然是从传统的桥梁承重等规划方面动身展开大桥的规划。尔后的十年内，桥梁空气动力和空气弹性学呈现并进一步完善。

  1950年，新建的塔科马海峡吊桥在经由谨慎规划制作后通车运营，道床厚度增至10米，并在路面上参加气孔，使空气可在路面上穿越，避免卡门涡街的发生。稳稳矗立于海峡之上的它，每日通车流量高达6万车次，因而也被称为“健壮的格蒂”。2007年，新的平行桥通车，行车线条，是如今全美国第五长的悬索桥。