1、 09 土本 2 班 齐亚飞 4090408227 风荷载危害实例 塔科马海峡大桥塔科马海峡大桥是一座悬索桥，主 跨 ： 2800 英 尺 （ 853 米 ） ， 全 长 5000 英尺 （ 1524 米 ） ， 享有世界单跨桥之王的称号，位于美国华盛顿州的塔科马海峡。然而从 1940 年 7 月 1 日大桥通车的那天起，桥在结构上就明显存在问题，当风速达到每小时 57 公里时，桥面就有 1.2 米高的起伏。11 月 7 日上午 10点，风速增加到每小时 64 公里，大桥开始歪扭、翻腾，桥基被拖得歪来歪去，左右摆动达 45 度，最后，随着震耳欲聋的巨响，一头栽进了海峡。这一幕正好被一支摄影队拍
2、摄了下来，该桥因此声名大噪。坍 塌 原 因大 桥 由 坚 硬 的 碳 钢 和 混 凝 土 建 成 的 。 原 先 的 设 计 是 在 路 基 下 使 用 格 状 桁架 梁 。 这 将 是 第 一 座 以 板 状 钢 梁 作 为 支 撑 的 大 桥 。 按 照 原 先 的 设 计 ， 风 只 会直 接 通 过 桁 架 ， 但 新 的 设 计 将 风 转 移 到 了 桥 面 上 下 两 端 。 大 桥 在 1940 年6 月 底 建 成 后 不 久 （ 通 车 于 1940 年 7 月 1 日 ） ， 人 们 就 发 现 大 桥 在 微 风 的吹 拂 下 会 出 现 晃 动 甚 至 扭 曲 变 形
3、 的 情 况 。 这 种 共 振 是 横 向 的 ， 沿 着 桥 面 的 扭曲 ， 桥 面 的 一 端 上 升 ， 另 一 端 下 降 。 司 机 在 桥 上 驾 车 时 可 以 见 到 另 一 端 的 汽车 随 着 桥 面 的 扭 动 一 会 儿 消 失 一 会 儿 又 出 现 的 奇 观 。 因 为 这 种 现 象 的 存 在 ，当 地 人 幽 默 地 将 大 桥 称 为 “舞 动 的 格 蒂 ”。 然 而 ， 人 们 仍 然 认 为 桥 梁 的 结构 强 度 足 以 支 撑 大 桥 。 大 桥 的 倒 塌 发 生 在 一 个 此 前 从 未 见 过 的 扭 曲 形 式 发 生 后 ， 当
4、 时 的 风 速 大约 为 每 小 时 40 英 里 。 这 就 是 力 学 上 的 扭 转 变 形 ， 中 心 不 动 ， 两 边 因 有 扭 矩而 扭 曲 ， 并 不 断 振 动 。 这 种 振 动 是 由 于 受 到 风 荷 载 的 作 用 ， 空 气 弹 性 颤 振引 起 的 。 颤 振 的 出 现 使 风 对 桥 的 影 响 越 来 越 大 ， 最 终 桥 梁 结 构 像 麻 花 一 样 彻底 扭 曲 了 。 在 塔 科 马 海 峡 大 桥 坍 塌 事 件 中 ， 流动的风力在绕过障碍物时会迫使其产生振动，当风力引起的振动频率和吊桥的固有频率相同时，引起吊桥剧烈共振，共振使振幅逐渐增
5、大，从而达到其破坏程度。风 能 最 终 战 胜 了 钢 的 挠曲 变 形 ， 使 钢 梁 发 生 断 裂 。 拉 起 大 桥 的 钢 缆 断 裂 后 使 桥 面 受 到 的 支 持 力 减 小并 加 重 了 桥 面 的 重 量 。 随 着 越 来 越 多 的 钢 缆 断 裂 ， 最 终 桥 面 承 受 不 住 重 量 而彻 底 倒 塌 了 。塔 科 马 海 峡 大 桥 的 坍 塌 使 得 空 气 动 力 学 和 共 振 实 验 成 为 了 建 筑 工 程 学 的必 修 课 。 这 里 的 共 振 和 受 迫 共 振 （ 由 周 期 运 动 引 发 的 ， 如 步 伐 整 齐 的 一 队 士兵 渡 桥 ） 不 同 。 在 该 案 例 中 没 有 周 期 性 扰 动 。 当 时 风 速 稳 定 在 每 小 时 42英 里 （ 67 公 里 /小 时 ） ， 频 率 0.2 赫 兹 。 这 样 的 风 速 本 应 对 大 桥 够 不 成 威 胁 。因 此 此 次 事 件 只 能 被 理 解 为 空 气 动 力 学 和 结 构 分 析 不 严 密 所 致 ， 以 后 所 有 的桥 梁 ， 无 论 是 整 体 还 是 局 部 ， 都 必 须 通 过 严 格 的 数 学 分 析 和 风 洞 测 试 。
