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斷橋驚魂——11月7日科學史上的今天

2018-11-07作者:科學π工作室 編著編輯:書問閱讀



在世界建橋史上,這是重要的一天。在這一天,令人震驚的是,號稱無堅不摧的塔科馬大橋突然垮塌了,更令人沒想到的,肇事者竟然是“風”!


塔科馬大橋是一座懸索斜拉狹橋,它橫跨華盛頓州普吉特海灣,連接塔科馬到吉塞普半島,主跨850多米,寬12米,1938年3月開工,1940年7月通車。這座橋以整體結構完美、設計周密與施工精良著稱。


就在大橋建成剛4個多月的1940年11月7日,這座橋就被時速64千米的風摧毀了。


事故分析表明,造成這場事故的元兇有三個。一個是氣流渦旋。當氣流吹動橋面時,氣流形成一系列渦旋,就像風吹動旗子或飄帶那樣,使橋面發生抖動。事后的風洞實驗證明,正是在橋面下,為加固橋身所附加的平板鋼條吸收了空氣動力,迫使橋面扭動起來,致使事故發生。


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另一個元兇同時起了作用,這就是共振效應,它成了事故的“幫兇”。當橋身在氣流的作用下做受迫振動時,塔科馬大橋自身的固有振動頻率剛好與受迫振動的頻率一致。


就在這個極其危險的情況下,同時出現了事先完全沒有預料到的第三個元兇,它是由橋身的長度引起的。當橋面在風力作用下發生共振時,共振產生的波沿著橋身向著橋的兩個端頭傳播,在固定的橋塔處入射波反射,在橋身上入射波和反射波疊加起來,如果橋的長度恰好合適時,兩列波疊加的結果形成駐波。在駐波的波腹處,振動成倍地加強,造成的破壞力也成倍地加大,最終導致疲勞的材料在此處斷裂。這三個因素——渦旋效應、共振和駐波加在一起,致使災難在瞬間發生。



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作者科學π工作室 編著
出版清華大學出版社
定價99元
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