价值线财经通车仅四个月竟被大风吹断,却成为建造史上的里程碑,耗资百万的大桥( 三 )
卡门是匈牙利犹太人 , 1930年移居美国后负责指导古根海姆气动力实验室和加州理工大学第一个风洞的设计和建设 。 NASA著名的喷气推进实验室(JPL)亦是由他创建 。
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风洞实验室
生活中的卡门是一个幽默健谈的人 。 在我国科学家钱学森赴美留学期间 , 卡门曾作为他的导师 , 两人感情十分深厚 。
也正是由于卡门的调查 , 才使得塔科马海峡大桥事故的原因水落石出 。
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冯·卡门
经过初步的研究 , 委员会发现大桥在设计上存在不可忽视缺陷 。
首先塔科马大桥主跨长853.4米 , 桥宽却只有可怜的11.9米 , 这在同时期的悬索桥上是十分罕见的 。 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 。
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刚度——物体抵抗变形的能力
其次在原计划中 , 风可以从桁架梁之间自由穿过 。 但换成普通的钢梁后 , 风则只能从桥上下两面通过 。
再加上大桥两边的墙裙采用了实心钢板 , 横截面构成H形结构 , 对风的阻挡效果将更加明显 。
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然而 , 对于塔科马大桥坍塌的准确理论原因 , 专家们并没有达成统一意见 。 一部分工程师认为塔科玛桥的振动类似于机翼的颤振 。
以卡门为代表的另一派专家则认为 , 塔科玛大桥的桥身是H型断面 , 和流线型的机翼不同 。
经过加州理工学院风洞内的模型测试后 , 卡门猜测这场灾难源于一种现象——卡门涡街 。
这是一个在自然界广泛存在的现象 。
比如在水流中插一根木桩 , 在特定条件下木桩下游的两侧 , 会产生两道非对称排列的旋涡 。 这两排旋涡旋转方向相反 , 相互交错排列 , 就像街道两边的街灯一样 。
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从太空俯瞰智利海岸的卡门涡街
在这次事故中 , 桥两边的钢板就像是水流中的木桩 。 当风形成的高速漩涡不断从桥身两边脱离时 , 会对桥身产生一个交替的侧向力 。
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卡门涡街是有规律的周期性现象 , 也就是说漩涡的形成和侧向力的作用 , 是具有一定频率的 。
塔科马大桥本身也有自己的频率 , 当两个频率接近的时候便会发生共振 。 而发生共振的后果 , 现在大家都知道了 。
经过一番计算和实验 , 卡门的分析果然得到了证实 。
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大桥坍塌的画面被当地照相馆的老板巴尼·埃利奥特(BarneyElliott)用16mm胶片记录了下来 。
这段珍贵的视频资料被美国国会图书馆选定保存在美国国家电影登记处 , 被称:
"在文化、历史和审美学方面有着重要意义" 。
同时也成为建筑工程学学生最好的课堂教育片之一 。
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如今沉睡在塔科马海峡底部的大桥残骸 , 变成了世界上最大的人工珊瑚礁 。 数量众多的巨型太平洋章鱼选择在这里安家 。
而在遗址上方是两座新的悬索桥 , 负责连接塔科马与吉格港两地川流不息的车流 。 它们将继续完成第一座塔科马海峡大桥的工作 。
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