被风吹塌的大桥

在人类建桥史上，因洪水、地震、冰冻及漂浮物碰击等天然要素而坍毁的大桥层出不穷，但是历史上还有桥梁因受劲风效果而坍毁的现象。

今日小编带领我们知道一座曾被风吹塌的大桥——塔科马海峡大桥。

塔科马海峡大桥（英语：Tacoma Narrows Bridge）坐落美国华盛顿州。

它于1940年7月1日建成通车，其时为仅次于金门大桥和乔治华盛顿大桥的世界上第三大悬索桥，并于同年11月7 日被劲风炸毁。

大桥制作：

1889年，人们就有爱好在华盛顿州塔科马市和基察普半岛之间的普吉特海湾制作一座桥梁（塔科马大约十年前就已合并为一个城市，人口为36000人）。

太平洋铁路公司期望在这两个地址之间加速服务速度，并提出制作一座栈桥。

因为跨度太长而且现场的气候太极点而无法支撑栈桥结构，该方案被回绝。

直到1920年，人们才进一步测验在海湾之间架起一座桥梁，其时政府拨款用于研讨不同的桥梁规划的详细方案。

桥梁专家认为，制作悬索桥将是最佳的解决方案。

大桥方位

专家引荐大桥运用十分巩固的规划然后能够抵挡海峡中的强风。

克拉克·埃尔德里奇（Clark Eldridge）开端方案要求运用一组7.62米高的桁架来支撑和加固大桥。

不过，加固办法带来大桥本钱的进步。

这时出名的纽约桥梁规划师莱昂·莫伊塞夫（Leon Moisseiff）因在金门大桥上的作业而出名，他提出了一个低本钱桥梁的规划。

该规划根据与纽约工程师弗雷德里克·莱恩哈德（Frederick Lienhard）一同宣布的突破性论文。

该文提出了一种新的弹性散布理论。

莫伊塞夫（Moisseiff）和莱恩哈德（Lienhard）提出的弹性散布理论逾越了奥地利工程师约瑟夫·梅兰（Josef Melan）提出的较早的挠度理论。

他们提出，经过桥上的吊架加固主线缆能够吸收最多一半的风压力。

他们解说说，这些能量能够传输到锚索和塔上并被它们吸收。

根据这一理论，莫伊塞夫（Moisseiff）提出了全新的大桥规划，该桥具有一组2.44米高的板梁，替代本来规划中的7.62米高的桁架。

终究政府决议选用莫伊塞夫（Moisseiff）的概念，因为它一方面大幅度的降低了本钱，另一方面线条流通造型轻盈与当地环境融为一体。

莫伊塞夫规划图纸

这座桥的制作始于1938年9月27日。

仅用了19个月便完成了制作。

完成后，它是世界上第三长的悬索桥，仅次于纽约的乔治华盛顿大桥和旧金山的莫伊塞夫（Moisseiff）的金门大桥。

乔治华盛顿大桥

金门大桥

塔科马海峡大桥

问题显现

在施工全套工艺流程中建筑工人发现了该桥的严峻问题：在刮风的日子，大桥会不受操控的摇晃。

在轻度到中度的风中，桥梁的两头每四到五秒钟会上升和下降1m。

大桥的极点晃动，使大桥桥面的两边替换地抬起。

此刻莫伊塞夫规划的塔科马海峡大桥的先天不足体现出来了，大桥长850米但只要11.89米宽，2.44米厚，刚性有限，因而在风中很简单摇晃。

面临桥梁上的摇晃。

工程师们没有抛弃严峻缺点的结构规划偏从头规划一个新的结构，而是采纳了几个办法来测验对其进行修正。

这些包含：

·运用钢缆将板梁绑到岸上五十吨的混凝土砌块上以安稳桥面。但是该解决方案无效，钢缆在装置后不久即开裂。

·添加一对歪斜的斜拉索，将桥的主线缆连接到桥面中心。这些办法简直没有减少桥梁晃动。

·在塔架和桥面之间装置液压缓冲器然后约束桥面上下运动。但是，在桥梁预备喷漆的过程中它们遭到了损坏，而且从未投入到正常的运用中。

虽然桥面摇晃问题没有解决，政府仍是决议大桥在1940年7月1日敞开通行。

桥梁敞开后，政府仍在测验采纳办法以使摇晃得到操控。华盛顿大学工程系的学者树立了1：200份额的桥梁模型，并用它进行风洞测验。

风洞测验后，该大学主张在侧梁和甲板的其他部分钻孔。他们的测验标明，这将使风吹过，然后减小提升力。此选项被当地官员回绝，他们都认为这可能会永久损坏桥梁。

该大学还主张在桥面上添加结构部件，以使其形状转变为更具空气动力学特性。

但是在办法施行之前大桥就坍毁了。

大桥的坍毁

塔科马海峡大桥（Tacoma Narrows Bridge）于1940年11月7日敞开，通车仅四个多月就发作了坍毁。

仅有丧生的是巴尼·埃利奥特（Barney Elliott）的视频中的那只狗，当狗跌入普吉特海湾（Puget Sound）后，他淹死在主人的车里。

塔科马大桥的失利也完毕了莫伊塞夫（Moisseiff）的职业生涯。

大桥损坏程度如下：

主线缆：

在崩塌过程中，主悬吊线缆猛烈地左右摇晃，歪曲并扔向空中30米。

在中跨的北部线缆上，线缆束带松动，它扯断了350多根线缆。其他线缆受力严峻并变形。

首要线缆全损，他们仅有的价值是废金属。

吊索：

剧烈的崩塌折断了许多吊索。有些丢掉了，有些遭到严峻损坏。他们现在仅有的价值是废金属。

塔：

主塔（西塔，4号；东塔，5号），包含支撑撑杆，都经过了改变和曲折。

他们现在仅有的价值是废金属。

桥板-地板体系：

毫不古怪，坐落窄管底部的中心跨度的混凝土和钢材被视为悉数丢失。旁边面的其他破碎混凝土需求铲除。

地板体系的部分曲折且接受过大压力，他们现在仅有的价值是废金属。

旁边面跨度：

中心部分丢失，然后是旁边面跨度的下降形成了严峻的损坏。

这些事情使板梁和楼板梁受力并变形。

有些曲折无法修正。

码头：

西码头和东码头均未遭到损坏。

中心跨度的溃散导致铆钉部分转向，这些铆钉将塔架连接到墩顶。

锚固：

主电缆的锚固未损坏。

为了制作替换桥，旋转新的主电缆，有必要去除部分混凝土。

坍毁原因

六十年来，工程师们一直在研讨1940年塔科马海峡大桥的坍毁。

至今没有达到一致同意的清晰描绘。

工程师们仍在争辩大桥坍毁的切当原因，这一现实证明了天然现象反常杂乱。

盖蒂疾驰的开端解说被描绘为“改变颤抖”。

1.桥长850米但只要11.89米宽，2.44米厚，刚性有限，对改变（改变）力的反抗力相对较小。那Gertie的长而窄且薄的特色使结构十分灵敏。

2.1940年11月7日上午10点后不久，发作了严峻事情。北电缆中跨的线缆带滑落。这样就能够将线缆分红两个不相等的部分。这导致桥面板从笔直（上下）运动变为改变（改变）运动。

3.“涡旋掉落”也是形成桥面板改变运动的原因。简而言之，在窄桥中发作了涡旋掉落，如下所示：

（1）风吹到窄桥的桥面旁边面，即2.44米厚的实心板梁上。在桥面板中发作少数歪曲。

（2）桥面歪曲导致风流别离添加。这形成了涡旋或旋转的风力，进一步抬升并歪曲了甲板。

（3）甲板结构反抗了这种抬起和歪曲。它有康复其从前方位的天然趋势。当它回来时，其速度和方向与提升力匹配。换句话说，它与涡旋“同相”移动。然后，风增强了这种运动。这产生了“确定”事情。

4.仅靠风的外力不足以引起严峻的歪曲，然后导致狭隘的大桥失灵。

5.因为北线缆中跨的线缆带滑落，桥面板从笔直（上下）运动变为改变（改变）运动，甲板运动进入“改变颤振”状况。

“改变颤振”是一个杂乱的机制。

“颤振”是自感应的谐波振荡模式。

这种不安稳性会增长到很大的振荡。

当桥的运动从笔直振荡变为改变振荡时，结构吸收了更多的风能。

桥面的改变运动开端操控风涡，因而两者是同步的。

结构的歪曲运动变得自发。

换句话说，效果在桥上的力不再是由风引起的。桥面本身的运动产生了效果力。

工程师称此为“自激”运动。

这很要害，两种不安稳性类型，即涡旋掉落和改变颤抖，都在相对较低的风速下发作。

一般，涡旋掉落发作在相对较低的风速（例如25至35 mph）下，而改变颤抖则发作在较高的风速（例如100 mph）下。

因为莫伊塞夫（Moisseiff）的规划，大桥反抗改变力的才能相对较弱，因而从涡流掉落的不安稳性开端，桥就变成了“改变颤抖”。

现在，桥梁现已超出了其 “缓冲”运动的天然才能。

一旦开端改变运动，它们就操控了涡流力。

改变运动开端时很小，并树立在其本身的感应能量上。

换句话说，塔科马海峡大桥的歪曲引起更多的歪曲，然后歪曲渐渐的变大，终究导致大桥崩塌。

假如制作了克拉克·埃尔德里奇（Clark Eldridge）为1940年塔科马海峡大桥所做的原始规划，而不是莱昂·莫西耶夫（Leon Moisseiff）的规划，会怎么样？

它会在1940年11月7日的劲风中崩塌吗？

答：桥梁不会坍毁。

这是顶尖的桥梁工程师的定见，他们仔细研讨了埃尔德里奇（Eldridge）的7.62米厚的加劲桁架的规划。

一位高档结构工程师说：“毫无疑问，我信任这座桥在损坏塔科马海峡大桥的风速下空气动力学上是安稳的。”

重建

因为在第二次世界大战期间钢铁是一种特别稀有且有价值的产品，因而对坍毁的桥梁残骸进行了抢救。

不知何以，电缆锚固、塔架和其他根底元件得以幸存。

这些元素在替换的悬索桥中得到了从头使用，该悬索桥使用了更适合现场极点条件的新规划。

新的塔科马海峡大桥规划得比本来的巩固，一起答应极高的普吉特海湾风经过。

这以后重建及另建的新桥别离于1950年及2007年启用。

美编：杜欣雨

校正：张 崧