虎門大橋水馬撤掉為啥還抖動？揭秘1940年塔科馬海峽吊橋坍塌事故

2023-04-01 05:51:09 2

虎門大橋異常抖動

邊肖的話:由於可見的震動，連接廣州南沙區和東莞市虎門鎮的「虎門大橋」從5月5日下午起已經關閉了三天多。對於這座有著23年歷史的跨海大橋以及住在兩端的廣州和東莞居民來說，這是不尋常的。5月6日上午，「廣東交通集團」發布通知稱，根據專家組判斷，「虎門大橋」懸索橋的振動主要是由橋跨邊緣護欄沿線連續安裝的水馬引起的，水馬改變了鋼箱梁的氣動外形，並在特定的風環境條件下產生了橋梁的渦振。事件發生的當天下午，在所有的水車被移走後，漩渦振動在18點鐘停止。然而，當天晚上20點鐘，「虎門大橋」上再次出現漩渦振動，肉眼仍能看到輕微的晃動。在最近關於「虎門大橋」的報導中，媒體多次提到1940年「美國塔科馬海峽吊橋的倒塌」。一些網民私下寫信給邊肖了解詳情，邊肖立即進行了分析。

美麗的虎門橋

「塔科馬海峽吊橋」是位於美國華盛頓州塔科馬的兩座吊橋，也是華盛頓州16號公路的一部分。每座橋長1.6公裡，橫跨塔科馬海峽。第一座橋於1940年首次開放，但不到五個月就倒塌了。後來重建和建造的新橋分別於1950年和2007年開放。第一座橋坍塌了，因為橋面不夠厚，不足以讓卡門渦街在強風中搖擺。當卡門渦街的振動頻率與懸索橋本身的固有頻率相同時，就會引起懸索橋劇烈共振而倒塌。這一事件已經成為研究由空氣動力學卡門渦街引起的建築物共振破壞力的活教科書，並且也被記錄為20世紀最嚴重的工程設計錯誤之一！

塔科馬海峽吊橋的海浪圖像

「塔科馬海峽吊橋」於1940年7月1日通車，但在通車後的幾周內，這座橋開始上下擺動。有鑑於此，相關人員在柱子上安裝了攝像機來觀察鞦韆。與此同時，它也吸引了許多司機前來感受其振蕩動力的刺激。在有風的日子裡，橋面的振幅甚至可以達到五英尺。共振是橫向的。沿著橋面的扭曲，橋面的一端上升，而另一端下降。當在橋上行駛時，司機可以看到另一端的汽車消失的景象，並隨著橋的扭轉而重新出現。由於這種現象，當地人幽默地稱這座橋為「跳舞的蓋蒂」。

1940年7月1日的開幕式

「塔科馬海峽吊橋」橋面的起伏範圍不斷增大。工程師試圖通過增加電纜和液壓緩衝裝置來減少波動，但失敗了。經過幾個月的搖擺，大橋終於在同年11月7日倒塌，整個過程被記錄下來。那天早上，橋面的上下擺動突然停止，取而代之的是左右扭轉擺動。當時，兩個人被困在橋上，設法逃離現場。此後，橋面在幾分鐘內逐漸坍塌。

塔科馬海峽吊橋坍塌

「塔科馬海峽吊橋的倒塌」沒有造成任何傷亡(但導致了一隻狗的死亡)。「華盛頓州政府」為此專門成立了一個特別調查組。經過美國空氣動力學科學家西奧多·馮·卡門在加州理工學院風洞中進行的模型試驗，證明「塔科馬海峽吊橋坍塌」的罪魁禍首是卡門渦街引起的吊橋共振。在最初的設計中，為了美觀和省錢，使用了輕質材料，這使得共振破壞頻率接近卡門渦街，從而在強風中劇烈搖擺，導致吊橋倒塌。從那以後，新的懸索橋設計必須通過風洞模型試驗。新橋道床厚度增加到10米，路面增加氣孔，使空空氣可以通過路面，防止卡門渦街的產生。