幻灯二

珍珠桥惨案 王翰(珍珠港空中美景视频号称桥梁里的‘珍珠港’,斥巨资建造,通车仅百天便被风吹断)

昨天,相关媒体报道了虎门大桥摇晃的场景,着实令许多小伙伴捏了一把汗,同时也有许多读者开玩笑说虎门大桥6号就要收费了,高兴得手舞足蹈。不管怎样,我们衷心希望这只是正常现象,毕竟现在大桥在建造时都已经充分考虑到风对大桥的共振影响。而引起桥梁界对桥梁共振重视的也是一座大桥,不过不幸的是,代价是以这座大桥的倒塌。

它就是著名的塔科马海峡大桥,可能很多小伙伴并没有听过这座大桥,那为什么说它著名呢?原来在桥梁设计界,它总是被许多老设计师拿来当反面教材来教导刚踏入桥梁设计的新生们,那么这座大桥究竟发生了什么,以至于需要一代又一代的桥梁设计师们警醒呢?

这座大桥可以说是当时美国的第三大悬索桥,设计师莫伊塞夫是业界精英,曾先后参与了多座大桥的建造和设计,经验丰富;而施工员也是一丝不苟,丝毫没有偷工减料,违规建造;而当时联邦政府预计拨款也高达上千万美元,资金不足的问题也是不存在的。但就是这样一座本该完美无缺的大桥,在建成后仅4个月就轰然倒塌。

而其实在倒塌之前,这座大桥也是有种种迹象显示这座大桥即将发生危险,比如,在风力并不大时,这座大桥就像一个秋千一样在空中诡异的摆动,最高时摆动高度甚至一度达到了8米多。然而这座大桥最初设计时预计抵抗风力是120英里每小时,许多工人并没有在意这个问题,甚至开玩笑说在这样起伏的大桥上吃柠檬可以抵抗大桥带来的眩晕。看来外国人少又找到一个证据了啊,对比国内,我们的安全意识真不是高的一点半点。

事故最终还是发生了,事后组成的专家调查组中有一位著名的空气动力学家冯·卡门,他曾当过钱学森的导师,也参与建造了NASA的喷气推进实验室(JPL),可以说是权威专家。而经过调查,专家组认为大桥的倒塌存在着两方面原因:

主观原因:设计师莫伊塞夫使用的钢架梁只有2.4米高,无法对桥身起到足够的加固和承重,这就有点像房屋里的承重梁。

但这不足以使桥梁倒塌的那么快,钢架梁不达标最多会降低了桥梁的承重极限,或者减少桥梁的使用寿命,而造成这次事故的罪魁祸首是来自一种共振——卡门涡街

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卡门涡街在许多地方都会发生,当流体(水或空气)通过一个物体时,物体两侧会周期性的形成旋转方向相反、排列规则的双列线涡,经过非线性作用后形成卡门涡街,这种现象很多地方都会发生,比如水流穿过桥墩,风吹过大厦或桥梁、烟囱、电线杆等。

而在这次大桥事故中,调查人员发现,桥两边钢板并不是通透的,而是全部换成实心钢板。这种结构对极易产生卡门涡街现象,而当卡门涡街形成并脱离桥身两边时时,漩涡通过旋转产生的非线性里会对桥身产生一个周期性侧向力,这就解释了大桥晃动的现象。而当这种周期性的侧向力频率与大桥自身频率一样时,就会产生可怕的共振,后果不堪设想。

调查结果出来后,桥梁工程师开始重视桥梁建造中的空气动力学影响。现在的大桥在应对共振时主要是在大桥上安装抗风作用的阻尼器,可以有效减少漩涡力,防止共振发生;同时,提高钢架梁的厚度,加大桥梁的承重和刚度,此外,还会将墙裙安装导流板,用于引导风通过,从根源上减少风致振动。

在当时科学技术水平下,我们无法对塔科马海峡大桥的设计师们进行过多苛刻的指责,毕竟那个年代关于桥梁的空气动力学还未萌芽,但如今,如果虎门大桥还发生这种事,我们肯定是不能接受的,所以小伙伴们一定要耐心等待专家们的解释,不可信谣传谣。

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