一座被风吹垮的大桥，是豆腐渣工程还是另有原因？下面这座大桥的晃动幅度高达

下面这座大桥的晃动幅度高达数米，在这样的桥上开车是种什么体验？

文章图片
癫狂的美国塔科马大桥
1940年的7月1日，位于美国华盛顿州的塔科马大桥通车，这座大桥在当时是世界上第三长的悬索桥，仅次于金门大桥和乔治华盛顿大桥。诡异的是，这座由钢铁和混凝土打造的大桥有时候竟然像扭秧歌一样，不受控制的舞动！这种骇人听闻的奇观吸引了当时来自全美的人前来吃瓜。而剧烈的舞动最终还是让大桥轰然倒塌！到底是什么原因导致这座大桥如此诡异的舞动呢？

文章图片
1931年通车的乔治华盛顿大桥

文章图片
【一座被风吹垮的大桥，是豆腐渣工程还是另有原因？】1937年通车的金门大桥之后经常出现于各大好莱坞电影中

文章图片
1940年7月1日塔科马大桥通车，是当时世界上第三长的悬索桥
塔科马大桥最初建于1938年，当时有两位著名的设计师为该桥梁提出过设计方案。第一个方案由克拉克·埃德里奇提出，他的方案是将塔科马大桥设计为钢结构桁架支撑的桥面，厚度为7.6米，但由于这份方案的造价过于昂贵，并且当时的联邦公共管理局只批准了600万美元，剩下的钱还需要当地自己想办法去筹措。于是，另一个方案就被推了出来，提出新设计方案的人，正是著名的金门大桥设计师之一的里昂莫伊塞弗。他认为塔科马大桥的桥面厚度可以设计成2.4米的厚度，后者的设计方案无疑可以节省一大笔费用，并且还可以使得桥梁设计的更加优雅和纤薄，于是塔科马大桥的预算从1100万美元降至800万美元。大桥从1938年9月27日开始施工，只花了19个月，该桥就于1940年7月1日实现了通车。大桥的主跨度为850米，由于规划人员预计该桥梁的车流量较少，仅设计了两个车道，总宽度仅为12米，从远处看，这座桥薄的像一条丝带。在施工的过程中，工人们意识到大桥经常发生剧烈的晃动，甚至在正式通车的当天，现场所有的人也感受到了大桥明显的晃动。为了监测塔科马大桥的晃动，研究人员在大桥上安装了摄像机。同时，晃动的大桥也吸引了不少驾车人士慕名而来，感受其振荡威力的刺激，在有些时候其桥面摆动幅度甚至可达数米！其后，桥面的波动幅度不断增加，工程人员尝试加建缆索及液压缓冲装置去试图减小波动，但都不成功。这座造价相当于现在的10亿美金的塔科马大桥，仅仅存在了4个月零7天！

文章图片
施工中的塔科马大桥

文章图片
纤薄的塔科马大桥看上去确实更具美感

文章图片
塔科马大桥的桥面并未采用这种桁架支撑的结构

文章图片
塔科马大桥坠毁瞬间
为了研究大桥坍塌的原因，事后的工程师们制作了一个1：1200的三维大桥模型，并进行了大量的风洞实验，得出的结论，还是因为风的作用。但是，在桥梁设计的时候，设计师已经考虑到了85000吨重的桥梁足以抵抗极端大风，不过那时的桥梁设计师并不具备专业的物理学知识，他们无法理解塔科马大桥在建成后，即便是在微风徐徐依旧会让大桥产生明显的晃动。

文章图片
即便是风力不算很大的情况下，塔科马大桥依旧剧烈晃动
想要理解塔科马大桥的晃动，这里需要说到的一个概念，叫做共振。每个物体或是系统都有一个固有的特殊频率，称为自然振动或是共振频率。当我们在荡秋千的时候伴随着秋千摆动的频率，只需要在准确的位置施加一个推力，秋千就会越来越高，因为通过共振，可以使得较小的周期性的推力累加起来成为较大的振动，秋千就可以越来越高，正是因为能量被储存了起来。当风掠过桥梁时，桥体的上下就会产生漩涡，这种漩涡被称之为卡门涡街效应，漩涡会使得桥梁摆动，而当这种交替的涡流的频率达到桥梁的固有频率时，便会使桥梁产生更加剧烈的垂直摆动！