世界最著名的大桥风毁事件——美国tokoma悬索桥风毁事件

5月5日15时20分,虎门大桥因受主桥风速大影响,出现异常抖动。官方回应:虎门大桥晃动原因:受主桥风速大影响产生涡振。据风力数据,发现虎门大桥站15-17时基本都有6-7级大风维持。一般瞬时风6-7级比较常见,持续两个小时,还是比较少见的。

5月5日晚7时50分许,虎门大桥再次发生异常抖动。随后,在晚上8时17分许,虎门大桥停止抖动。

这是一次很典型的涡激共振,一般发生在风速不大,风向与桥梁大致垂直,来流很均匀的情况下发生,有关人士称此次录像中存在的临时防撞墙改变了外形,大概率是引起涡激共振的原因。那么对结构安全的影响如何?目前通过大量的涡激共振案例后续检查,对结构应该不会有很大的影响。

对此,网友戏称:明天要收费了,它激动得很;小时候看奥特曼,这样的剧情一般都是怪兽要出场了。

这次的虎门大桥主要是因风产生的异常抖动,历史上有一次世界著名的大桥风毁事件,那就是1940年的美国tokoma悬索桥风毁事件。

位于塔科马海峡吊峡的塔科马大桥于1938年开始修建耗时两年成功,1940年7月1日建成通车。桥长1810米,宽12米,当时为仅次于金门大桥和乔治华盛顿大桥的世界上第三大悬索桥,仅投资就花费高达640万美元,可以说是举世瞩目并且重金打造的项目,然而与泰坦尼克号一样,让人意想不到的是大桥建成后四个月于11月7日就发生了坍塌。


这座大桥的倒塌时的视频资料被保留了下来,哦们可以清晰的看到事故发生的一幕。从视频中可以看到中级风就能够让大桥摇摇晃晃,造成坍塌时不过是因为十九米每秒的风。



万幸的是,当时桥身一直在摇晃,桥上没有行人,没有造成人员伤亡,不过唯一丧生的是巴尼·埃利奥特(Barney Elliott)的视频中的那只狗,他淹死在主人的车里。

最后科学家对此给出了官方的解释:建桥之前没有充分考虑到空气动力学的原理。空气动力学表示在一定的风速范围内,风穿过大桥的气流会产生两串儿平行的反向漩涡,这些漩涡会发生周期性的作用力。如果这个作用力和大桥之间的作用力产生共振,且振动周期越接近,造成的压力也会越大,最终桥梁结构像麻花一样彻底扭曲了。

举一个简单的例子,就像和尚敲钟一样,按照相同的时间间隔敲下去,声音越来越响,大桥通过风的敲击越来越晃,扭曲变形后,最终导致倒塌,我们看到的就是被风吹倒的,在塔科马海峡大桥坍塌事件中,风能最终战胜了钢的弯曲变形,使钢梁发生断裂,最终导致了这场悲剧。

卡门涡街现象

生活中其实随处可见共振的例子,比如:我们声带发出的声音,石子投入水中荡起的涟漪都是共振的现象,我们可以应用共振现象比如:有琴弦的乐器、收音机的调谐等,当然在桥梁等建筑中就要避免共振,比如在桥梁结构中注入弹簧减震器来减少桥梁共振的可能性,是动态的改变桥梁的自谐振频率,使得从外界吸收能量的过程得不到延续,也就没有了共振的基础。

生活中的物理现象无处不在,无时不有,掌握了这些原理应用到生产生活当中,就能避免不必要的损失,我想这就是科学的魅力。