全长5000英尺的海峡大桥，竟被微风摧毁，让风通行有多重要？

来源：互联网 2024-11-12 23:30:49 版权归原作者所有，如有侵权，请联系我们

造桥，什么才是最重要的事？对于大多数的桥梁而言，最重要的事就是如何有效地克服重力，让自身屹立不倒，而对于悬索大桥而言，还有一件事与克服重力同等重要，那就是如何让风通行。

在人类的桥梁建筑历史上，悬索桥的出现绝对可以算得上是一个里程碑。首先从外观上来看，悬索桥毫无疑问拥有更加迷人的外观，其次就结构而言，悬索桥的结构看起来也更加简单，且建筑成本也更加低廉。普通的桥梁，为了获得足够抵抗重力的坚固结构，需要建造大量的桥墩，而悬索大桥却只需要两座主塔就可以支撑起一座数千英尺的桥梁。目前世界上最大的悬索桥是日本的明石海峡大桥，其主跨达到了1991米，也仅由两座主塔支撑，自1998年通车以来，至今已有20多个年头，稳定性没得说。

悬索桥集美观、坚固、省钱于一身，但也有一个前提，那就是设计要合理，合理的设计是一架悬索桥的灵魂，如果没了灵魂，那么桥梁便会成为一个虚有其表的摆设，坍塌只在一瞬之间，一个反面的例子就是美国的塔科马海峡大桥。

塔科马海峡大桥全长1524米，也就是5000英尺，其主跨也达到了2800英尺，其于1940年建成通车，在当时也算得上是世界上第三大的悬索桥了。与过往所建造的悬索桥相比，塔科马海峡大桥的外观更加惊艳，可遗憾的是，从这座悬索桥建成之时起，它就在晃动，而且在晃了四个月以后，终于被微风摧毁了。这到底是哪里出了问题呢？从人们有意愿建造塔科马海峡大桥到真正开始着手计划，这之间就经历了30余年的岁月，而从着手计划开始，一连串的问题就出现了。

问题是多种多样的，而所有的问题的关键只有一个，那就是缺钱，在几经磋商之后，最终的拨款额度还是不足以支付建桥的全部费用。

那么既然缺钱，那别建了不就行了吗？也不行。因为大桥一旦建成，从布雷默顿到塔科马就会变得极为方便，而海军在布雷默顿有个造船厂，陆军在塔科马有个军事基地，两方的交通就会变得极其方便，于是军方对建造大桥大力支持。

一方面钱不够，另一方面又要建，此时救星出现了，那就是莱昂·莫伊塞夫，这位设计师几乎参与了过往十年间世界上所有悬索桥的设计，他提出了一个方案，把原设计中7.6米的桁架梁取消掉，改为用2.4米的钢板来代替，根据莫伊塞夫的理论，这样做不仅不会带来问题，还会使刚度增加。如此一来，成本大幅下降，钱差不多就够了，还差一点再通过收税筹集一下也就行了。

就像我们知道的那样，大桥最终建成通车了，而仅4个月之后，就被微风所摧毁了，怎么会这样呢？

在一个物理系统内部存在着一个共振频率，由于系统存储了动能，所以在共振频率下，很小周期的振动就会产生很大的振动。以拍皮球为例，当皮球从地面弹起，快速向上移动的时候，我们用力拍下去，这个游戏基本上就结束了。

但如果皮球在向上弹起的过程中，我们的手在皮球上方等待皮球弹到最高点要转而向下的时候，我们只需要轻轻往下一拍，皮球就会比之前弹得更猛，按照这种方法，我们很容易就能够拍上几十上百下，这就是一种共振。

当流体物质通过钝状物体后，会在后方产生两排运动极有规律的非对称的漩涡，而这种现象就被称之为漩涡脱落。

塔科马海峡大桥倒塌的当日，大桥的晃动就与这种漩涡脱落现象形成了共振，所以大桥越晃越大，最终毁于一旦。当然，共振并非唯一原因，那么多悬索大桥，怎么只有这座坍塌了呢？我们可以回过头来说说那个被取消的桁架梁了。

桁架梁的存在并不仅仅是为了增加桥梁的刚性，还可以让风顺利通过，最大可能减少风振影响。但在将桁架梁换成了不透风的钢板之后，风在桥梁上下两方形成了两个相对的漩涡，使得桥梁越扭越大，最终垮塌。其实在桥梁倒塌的当日，风力仅为8级，你可能觉得很大，但对于海峡大桥而言，这也就是个日常，只能算是微风。拜塔科马海峡大桥事故所赐，从此在建筑工程学的必修课之中多了两门课程：空气动力学和共振实验课。

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