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诡异的卡门涡街与离奇的塔科马吊桥灾难
(2
/2)
华丽的卡门涡街与惨痛的塔科马海峡吊桥灾难
【
1
卡门涡街】又称
卡门漩涡
【
2
英文名称】
(Karman Vortex Street
）
【
3
发现人冯
.
卡门简介】
【
4
卡门涡街研究历史】
【
5
卡门涡街的纪
念】
【
6
塔
科玛桥风毁事故与卡门涡街】
Tacoma Narrows
Bridge
< br>一座雄伟的单跨桥，居然被一阵并不太大的风吹得像波浪一样起伏，还带有一些摇晃。更离奇的是，
居然有段年代久远的录像详细地记录了
1940
年
11
月
7
日
，
当时享有世界单跨桥之王的塔科马大桥被风吹
垮、坍塌的全部过程。
1940
年
11
月
7
日，美国华盛顿州塔科马桥因风振致毁。该桥主跨长
853.4m
，全长
1810.56m
，桥宽
11.9m
，而梁高仅
1.3m
。通过两年时间的施工，于
1940
年
7
月
1
日建成通车。但由于当时人们对柔性结
构在风作用下的动力响应的认识还不
深入
，
该桥的加劲梁型式极不合理
（板
式钢梁）
，
导致在中等风速
(19m/
s)
下结构就发生破坏。幸好在桥梁破坏之前封闭了交通。据说，在出事当天，一位记者
把车停在桥上，并把
一条狗留在车内
。
桥倒塌时
，
只有他本人跑到了桥台处
。
当地的报纸以简洁的标题对这场事故作了报道
，
“
损
失
：
一
座
桥
、
一
辆
汽
车
、<
/p>
一
条
狗
”
。
1940
年，美国华盛顿州的塔科玛
峡谷上花费
640
万美元，建造了一座主跨度
< br>853.4
米的悬索桥。建
成
4
个月后，于同年
11
月
7
日碰到了一场风速为
19
米
/
秒的风。虽风不算大，但桥却发生了剧烈的扭曲振
动，且振幅越来越大（接近
9
米），直到桥面倾斜
到
45
度左右，使吊杆逐根拉断导致桥面钢梁折断而塌
毁，坠落到峡谷之中。当时正好有一支好莱坞电影队在以该桥为外景拍摄影片，记录了桥梁从开始
振动到
最后毁坏的全过程，它后来成为美国联邦公路局调查事故原因的珍贵资料。人们在
调查这一事故收集历史
资料时，惊异地发现：从
1818
年到
19
世纪末，由风引起的桥梁振动己至少
毁坏了
11
座悬索桥。
塔科马
海峡吊桥倒塌后第二天，华盛顿州州长宣布该座吊桥的设计牢靠，计划按同样设计重建。冯
·
卡门觉得此事不妥，便觅来一个塔科马海峡吊桥模型带回家中，放在书桌上，开动电
扇吹风，模型开始振
动起来，当振动频率达到模型的固有频时，发生共振，模型振动剧烈
。果然不出所料，塔科马海峡吊桥倒
塌事件的元凶，正是卡门涡街引起桥梁共振。其后冯
·
卡门令助手在加州理工学院风洞内，进一步测试塔科
马海峡吊桥模型，取得数据，然后发一份电报给华盛顿州州长：
“
如果按旧设计重建一座新桥，那座新桥会
一模一样的倒塌
”
。州长设立一个塔科马海峡吊桥倒塌事件考察小组，冯
·
卡门系成员之一。经一番争论，
冯
·
卡门终于说服当时不懂空气动力学知识的桥梁设计师，在建新桥之前，先将桥梁模型
进行风洞测试。会
议决定采用新的设计避免卡门涡街对桥梁引起的祸害。
现有塔科马海峡吊桥
現
有
及
加
< br>建
中
的
橋
樑
【
61
曾经的塔科马海峡大桥】
昵称：舞动的格蒂（
Galloping
Gertie
）
桥梁形式：悬索桥
主跨：
2
800
英尺（
853
米）
全长：
5000
英尺（
1524
米
）
通航
净空：
195
英尺（
59.4
米）
通车日期：
1940
年
7
月
1
日
坍塌日期：
1940
年
11
月
< br>7
日
人们希望在这里建桥的愿望可以追溯到
1889
年为北太平洋铁路建造栈桥的提议，但
20
世纪
20
年代
人们才达
成一致意见，建造计划最终在
1937
年得以继续，华盛顿州立
法机关制定了华盛顿州的桥梁税并
拨款
5000
美元研究塔科马市和皮尔斯县对塔科马海峡建桥的需求。
从一开始，资金问题就是最大的问
题，拨款并不足以支付建桥成本。但是大桥的建设却得到了美国军
方的大力支持，大桥的
建成将大大方便海军在布雷默顿的造船厂和陆军在塔科马的军事基地的交通。
华盛顿州的工程师克拉克
·
艾尔德里奇
（
Cla
rk Eldridge
）
提出一个初步计划，桥梁必须通过严
格的实验
并使用常规设计，资金则由联邦政府公共工程管理处（
PWA
）拨款一千一百万美元。但是来自纽约的工程
师莱昂
·
莫伊塞夫（
Leon Moisseif
f
）上书联邦政府公共工程管理处，认为他可以花更少的钱建桥。
原先的建设规划
25
英尺深（
7.6
米）的
钢梁增加刚度，莫伊塞夫
——
著名的金门大桥的受尊敬的设计<
/p>
师和顾问工程师，建议采用
8
英尺（
2.4
米）深的浅支持梁。他的方案使钢梁变窄，并且使大桥更优雅
，
更具观赏性，同时也降低到建造成本。最终莫伊塞夫的设计方案胜出。
1938
年
6
月
23
日，联邦政府公共
工程管理处批准了
600
多万美元的拨款用来建造塔科马海峡大桥。另外
160
万美元将通过收税筹集，最终
的建造成本为
800
万美元。
使用浅支撑梁的决定最终在不久的将来被证明是造成桥梁坍塌
的重要原因。
8
英尺（
2.42
米）的支撑
梁并不足以使路基拥有足够的刚度，从而使大桥经不住风的
侵袭。从一开始，大桥的振动就使之声名狼藉。
轻度至中度的风就可以导致大桥来回摇摆
，中心的摆动可达每
4
到
5
秒几英尺。因此大桥被当地居民起绰
号叫
“
舞动的格蒂
”
。司机在桥上行驶可以明显感觉
到桥的摆动，振动吸引许多人驱车前往，享受这奇妙的
感觉。
【
62
大桥
的坍塌】
大桥被风吹垮发生于美国太平洋时间
1940
年
11
月
7
日上午
11
时。
11
月
7<
/p>
日上午
10
点，风速增加到每小时
64
公里，大桥开始歪扭、翻腾，桥基被拖得歪来歪去，左右
摆动达
45
度，最后，随着震耳欲聋的巨响，一
头栽进了海峡。
11
月
7
日凌晨
7
点，顺峡谷刮来的风带着人耳不能听到的振荡，激起了大桥本身的谐振。在
持续
3
个
小时的大波动中，整座大桥上
下起伏达
1
米多。
10
点时振动变得更加强烈，幅度之大令人难以置信。数千
吨重的钢铁大桥像一条缎
带一样以
8.5
米的振幅左右来回起伏飘荡
。
桥面振动形成了高达数米的长长波浪
，
< br>在沉重的结构上缓慢爬行，从侧面看就像是一条正在发怒的巨蟒。
11
点<
/p>
10
分，正在桥上观测的一位教授保证说：
“
大桥绝对安全。
”
可话音刚落，大
桥就开始断裂。就在
一瞬间，桥上承受着大桥重量的钢索猝然而断。大桥的主体从天而降
，坠落进万丈深渊。桥上的各种构件