塔科马海峡吊桥是位于美国华盛顿州塔科马的两条悬索桥,整座大桥前后总投资800万美元,它在1940年7月举行了盛大的通车仪式,仅仅4个月之后,塔科马海峡大桥却坍塌了!塔科马海峡吊桥的坍塌是工程学历史的悲剧,也是蝴蝶扇动翅膀地球打转的非典型例子。令人匪夷所思的是,桥梁的设计师是业界精英,曾先后参与各著名大桥的建造。建筑工人也兢兢业业,绝不存在偷工减料违规造假。
在通车之前,大桥就已经出现遇风摇晃的情况,这吸引了不少民众专门驱车来一探究竟。当时,人们对这种狭长的桥梁设计找不出可以指责的地方,认为桥梁具有一定的承载能力就足以安全了,设计师们认为这种波动不会引起严重后果,并误信结构上是安全的。人们怎么也不会想到,一场大的灾难正在等着他们。
1940年11月7日上午,风似乎比以往更要喧嚣一些。当时的风速大约为每小时40英里,大桥的倒塌发生在一个此前从未见过的扭曲形式发生后,120多米的大桥主体轰然坠入塔科马海峡,激起了一大片烟尘。这是因为气体发生了弹性震颤,简单来说就是风使物体发生形变,这个形变会引发更大的形变,而这足以冲破物体的刚性临界点,毁坏物体。
万幸的是,这次事件没有造成人命伤亡,但导致一只狗死亡,华盛顿州政府特为此而设立专案调查组。大桥的施工质量是无可挑剔的:使用了高质量的板型钢材及性能稳定的水泥,整个施工过程被严格监督。但却忽略了一个重要的问题:由于风力带来的共振和扭力。
风对桥梁的受力作用是一个十分复杂的现象,它受到风的特性、结构的动力特性和风与结构的相互作用三个方面的制约。大跨度桥梁,尤其是对风较为敏感的大跨度悬索桥和斜拉桥,除需要考虑静风荷载的作用之外,更主要考虑风对结构的动力作用。如果在建造吊桥的时候没有把这些因素考虑进去,或者考虑不充分,将会带来不可挽回的后果。
经过初步调查研究,调查小组发现大桥在设计上存在不可忽视的缺陷。塔科马大桥主跨长853.4米,桥宽却只有11.9米,不仅桥面过于狭窄,只有2.4米高的钢梁也无法使桥身产生足够的刚度。
2007年,新的平行桥通车,行车线由两条增至四条,是现今全美国第五长的悬索桥。塔科马海峡大桥倒塌的典型事故引起当时世界上各地对吊桥安全的警惕,之后建造的桥梁也由此都得进行风洞测试。很多桥梁设计师都吸取了教训,为了解决风振,首先要避免由于桥梁结构所累积的风力振动,而不是通过加强主梁或桥体的强度来抵抗风力。人类文明的进程总是在不断试错中发展的,话虽如此,对于建筑来说,良心才是最好的设计,每一个细节的忽视都可能引来大祸。
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