現(xiàn)有的塔科馬海峽吊橋
塔科馬海峽吊橋(Tacoma Narrows Bridge)是位于美國華盛頓州塔科馬的兩條懸索橋,也是華盛頓州16號干線的一部分。每橋長1.6公里,橫跨塔科馬海峽。第一座橋于1940年首度通車,但不到五個月便倒塌,其后重建及另建的新橋分別于1950年及2007年啟用。第一座橋倒塌事件成為了研究空氣動力學(xué)卡門渦街引起建筑物共振破壞力的活教材。
擺動的橋
第一條橋于1938年開始建造,當(dāng)時橋梁設(shè)計共有兩個方案,第一個方案由克拉克·埃德里奇(Clark Eldridge)提出,其橋面厚度設(shè)計為25呎(7.6米);而另一個方案則由著名的金門大橋(Golden Gate Bridge)設(shè)計師之一里昂·莫伊塞弗(Leon Moisseiff)所提出,他為了減低造價,把橋面設(shè)計的厚度從25呎減至8呎(2.4米),使建設(shè)成本從1千1百萬美元降至8百萬美元。當(dāng)時在以經(jīng)濟(jì)為大前提下,莫伊塞弗的方案獲得采納。該橋于1940年7月1日通車,但在啟用后數(shù)個星期,橋面便開始出現(xiàn)上下擺動。有鑒及此,有關(guān)人員在支柱上安裝攝錄機(jī),以便觀測擺動。同時也吸引了不少駕車人士慕名而來,感受其振蕩威力的刺激,一些大風(fēng)的日子,其橋面擺動幅度甚至可達(dá)五英尺之多。其后橋面的波動幅度不斷增加,工程人員嘗試加建纜索及液壓緩沖裝置去試圖減低波動,但不成功。
在持續(xù)數(shù)個月的擺動之下,橋梁最終于同年11月7日倒塌,其過程給人們拍攝記錄。當(dāng)天早上,橋面的上下擺動突然停止,取而代之的是出現(xiàn)左右的扭力擺動,當(dāng)時有兩人被困在橋上,后來也成功逃離現(xiàn)場,然后橋面在數(shù)分鐘內(nèi)陸續(xù)崩塌。
意外起因
這次事件沒有造成人命傷亡,華盛頓州政府特為此而設(shè)立專案調(diào)查組,經(jīng)過美國空氣動力學(xué)家西奧多·馮·卡門在加州理工學(xué)院風(fēng)洞進(jìn)行模型測試,證明塔科馬海峽吊橋倒塌事件的元兇,是卡門渦街引起吊橋共振[2]。原設(shè)計為了求美觀及省錢,使用過輕的物料,造成其發(fā)生共振的破壞頻率,與卡門渦街接近,從而隨強(qiáng)風(fēng)而劇烈擺動,導(dǎo)致吊橋崩塌。此后,新的吊橋設(shè)計必須經(jīng)過風(fēng)洞模型實驗。新橋梁的道床厚度增至10米,并在路面上加入氣孔,使空氣可在路面上穿越,防止卡門渦街的產(chǎn)生。