立交桥怎么会出现异常摇晃?＂卡门涡街＂了解一下

据中国新闻网信息，5月5日15时32分上下，广东省虎门大桥产生出现异常颤动，广州市交警大队对虎门大桥开展了交通管制通告，提示经过车子绕路行车。据当场视頻显示信息，呜呜声响中，立交桥路面出現轻度波动的波浪纹。

▲虎门大桥产生出现异常颤动。图据互联网

实际上，立交桥“出现异常”颤动或摇晃的情况经常发生——它是流体动力学中关键的状况“卡门涡街”。例如，二零一零年，俄罗斯南边伏尔加河的立交桥就曾产生波浪形的“诡异”晃动，那时候好几辆正行车在大桥上的车辆也跟随持续摆动。

可是，真实让大家意识到“卡门涡街”在工程建筑、公路桥梁、飞机制造设计方案及其船只行业的关键危害，当属英国的塔科马亚欧悬空栈道恶性事件——它即是当代公路桥梁建筑史上更为代表性的灾祸，也变成物理和水利学的經典科学研究实例。

▲塔科马亚欧悬空栈道坍塌。图据《商业内幕》

据《商业内幕》报导，英国新泽西州的塔科马亚欧悬空栈道（Tacoma Narrows Bridge）始建1938-1940年间，是那时候仅次金门大桥和乔冶·美国华盛顿立交桥的全球第三长悬空栈道。它的室内设计师莱昂·莫伊塞夫是英国二十世纪二、三十时代悬索桥的领军人，也是全钢质桥的初期推行者。

莫伊塞夫的“形变基础理论”广负盛誉，依据这一基础理论，公路桥梁长短越大，容许的形变也越大。正由于这般，莫伊塞夫坚信自己能够把悬索桥建得比过去更轻、更准、更长，这一念头在他对塔科马海峡大桥的方案设计中获得了集中体现。

▲莱昂·莫伊塞夫（右一）图据PBS

会让莫伊塞夫沒有想起的是，立交桥起吊进行后，要是有4公里/钟头的“微风”吹来，立交桥跨径便会有轻度的左右波动。乃至在修建全过程中，职工就早已留意来到这座立交桥出現的摇晃状况。

1940年11月7日，专业技术人员在7：30测得风速等级为38公里/钟头，两小时后提高至42公里/钟头，而这时的塔科马亚欧悬空栈道，路面波浪状波动已达一米多。瘋狂的晃动促使地面一侧翘起来达8.5米，歪斜做到四十五度。

▲一个摄影组恰好拍下塔科马亚欧悬空栈道波浪纹波动的界面。图据VICE

最后，承担着立交桥净重的吊装绳连续开裂，失去抗拉力的路面如同一条发火的巨莽半空中全力挣脱。完工全线通车仅四个月后，120米左右的立交桥行为主体顷刻坠落塔科马亚欧，激发了一大片粉尘。

据《福布斯》报导，塔科马亚欧悬空栈道坍塌后第二天，知名科学家冯·伦尼感觉这事不当之处，便用一个塔科马亚欧悬空栈道实体模型开展实验。結果出不来他所想，塔科马亚欧悬空栈道坍塌恶性事件的罪魁祸首，更是“卡门涡街”造成的公路桥梁共震——

在必然的风速等级经营规模内，越过立交桥的气旋会周期性地造成单串平行面的反方向漩涡，持续性的漩涡会对被绕的公路桥梁造成规律性沾染力，这类沾染力和立交桥振动的頻率贴近时，便会造成共震。共震越强，立交桥晃动歪曲的力度便会越大。

▲卡门涡街平面图

自然，设计方案之初，为了更好地美观大方和节约项目投资，莫伊塞夫应用过轻的原材料，并将立交桥从7.6米多的钢管桁架承重梁降到2.4米多的厚钢板梁，也是酿出灾祸的缘故之一。

但不容置疑的是，塔科马亚欧悬空栈道为之后的桥梁设计与修建打响了敲警钟。终究，那时候的公路桥梁中国设计师并未了解到卡门涡街的严重威胁，依然是以传统式的公路桥梁载重等设计方案视角考虑进行立交桥的设计方案。自此的十年内，公路桥梁空气动力和气体延展性学出現并进一步健全。

▲新创建的塔科马亚欧悬空栈道和平行面桥。图据bechtel

1950年，新创建的塔科马亚欧悬空栈道在经过认真细致设计方案修建后全线通车经营，路基薄厚升至10米，并在地面上添加出气孔，使气体可在地面上穿越重生，避免 卡门涡街的造成。妥妥屹立于亚欧以上的它，每天全线通车总流量达到六万班次，因而也被称作“健壮的格蒂”。二零零七年，新的平行面桥全线通车，行车线由两根升至4条，是现如今全英国第五长的悬索桥。