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大桥共振 1940年美国的桥就共振了

美国塔科马大桥在1940年发生蛇形共振的报道:之前有童鞋质疑我们前两天发布的俄罗斯伏尔加河大桥蛇形共振的新闻是否是捏造的,小囧也有些怀疑,感觉像是2012里的电影处理出来的,但是确实有蛇形共振这样的事。原来伏尔加大桥的蛇形共振不是最早的,1940年,美国的塔科马大桥也发生过。后来大桥也倒塌了:

 

 

 

塔科桥在施工时发生过摆动。不时的振动使修桥工人感到晕眩。桥竣工通车后,摇摆得更加厉害。它吸引了不少远方的客人驾车到此一游,为的是寻求刺激,尝尝汽车驶过摇摇晃晃的狭桥时的滋味。在某些日子里,桥身上下振动的幅度竟达1.5米,使得驾驶员看不见在它前面行驶的汽车。
塔科马桥的倒塌非常突然。有一天早上,桥突然停止振动,不一会它疯狂地扭转振动起来。30分钟后第一块路面开始坠入水中,接着有200米长的路面断开,然后振动停止了几分钟,最后又发生新的振动,将残留的桥面全部掀到水里。事后,人们对狭桥的设计老是找不出可以指责的地方,因为那时人们对于吊桥的空气动力学特性知道得很少。这场灾难在当时说来是属于不可预测的(或称不可抗拒的),但它对以后的大桥设计影响颇大。

出事那天的风并不特别大,但因为桥在风的作用下产生了共振,振幅不断增大,直至使狭桥破坏。风是怎样作用在桥上的呢?为什么相当均匀的风,会使桥产生脉冲式的振动,然后变为扭转振动呢?

研究的结果表明,是桥上竖直方向的结构板引起了桥的振动。它对风的阻力很大,风被挡之后,大量的气流便从结构板的上方经过然后压向桥面。由于吹过的气流因不断地被屈折而使速度增加,所以在竖直结构板的上方和下方压力降低(伯努利定律)。如果风总是从板的正前方吹来,那倒不要紧,因为上下方的压力降低会互相抵消。但是,如果风的方向不停地变换的话,压力就会不断地变化。这一压力差作用在整个桥面上,并因挡风的竖直结构板后所产生的涡流而得到加强,结果桥就开始振动。与这类似的情况是电话线在压力差和涡流的作用下会产生啸声。

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