断桥惊魂——11月7日科学史上的今天

2018-11-07作者:科学π工作室 编著编辑:书问阅读



在世界建桥史上,这是重要的一天。在这一天,令人震惊的是,号称无坚不摧的塔科马大桥突然垮塌了,更令人没想到的,肇事者竟然是“风”!


塔科马大桥是一座悬索斜拉狭桥,它横跨华盛顿州普吉特海湾,连接塔科马到吉塞普半岛,主跨850多米,宽12米,1938年3月开工,1940年7月通车。这座桥以整体结构完美、设计周密与施工精良著称。


就在大桥建成刚4个多月的1940年11月7日,这座桥就被时速64千米的风摧毁了。


事故分析表明,造成这场事故的元凶有三个。一个是气流涡旋。当气流吹动桥面时,气流形成一系列涡旋,就像风吹动旗子或飘带那样,使桥面发生抖动。事后的风洞实验证明,正是在桥面下,为加固桥身所附加的平板钢条吸收了空气动力,迫使桥面扭动起来,致使事故发生。


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另一个元凶同时起了作用,这就是共振效应,它成了事故的“帮凶”。当桥身在气流的作用下做受迫振动时,塔科马大桥自身的固有振动频率刚好与受迫振动的频率一致。


就在这个极其危险的情况下,同时出现了事先完全没有预料到的第三个元凶,它是由桥身的长度引起的。当桥面在风力作用下发生共振时,共振产生的波沿着桥身向着桥的两个端头传播,在固定的桥塔处入射波反射,在桥身上入射波和反射波叠加起来,如果桥的长度恰好合适时,两列波叠加的结果形成驻波。在驻波的波腹处,振动成倍地加强,造成的破坏力也成倍地加大,最终导致疲劳的材料在此处断裂。这三个因素——涡旋效应、共振和驻波加在一起,致使灾难在瞬间发生。



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作者科学π工作室 编著
出版清华大学出版社
定价99元
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