5日下午,廣東虎門大橋發生異常抖動,不少過往群眾表示整個大橋像波浪一樣「起起伏伏」地搖晃,引發熱議。隨後,大橋管理部門封閉了大橋。
小編認為這是一個非常典型的卡門渦街現象,罪魁禍首很有可能就是橋梁維護中安放的這一排水馬,一種用於分割路面或形成阻擋的塑制殼體障礙物。
在這次事故中,水馬改變了大橋的共振特性,當一定速度的風吹過,不大不小,剛剛好是今天的風速8m/s,穿過大橋的氣流會周期性地產生兩串平行的反向漩渦,連續性的漩渦會對被繞的橋梁產生周期性浸染力,這種浸染力和大橋震動的頻率接近時,就會產生共振。
共振越強,大橋擺動扭曲的幅度便會越大,好在今天的共振不強,及時拆卸了水馬,沒有釀成橋毀人亡的事故。
但這也在一定程度上暴露出了我們在橋梁養護過程中,缺乏足夠的專業人員指導,忽視了橋梁的特性。
卡門渦街的提出者正是鼎鼎大名的馮·卡門,錢學森、錢偉長、郭永懷的導師,20世紀最偉大的航天工程學家,開創了數學和基礎科學在航空航天和其他技術領域的應用,被譽為「航空航天時代的科學奇才」
歷史上最為著名的因共振而導致的橋梁倒塌事故當屬美國的塔科馬海峽吊橋事件——它既是現代橋梁建築史上最為標誌性的災難,也成為物理學和工程學的經典研究案例。
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1940年11月7日,技術人員在7:30測得風速為38英裡/小時,兩小時後增強至42英裡/小時,而此時的塔科馬海峽吊橋,橋面波浪形起伏已達1米多。瘋狂的扭動使得路面一側翹起達8.5米,傾斜達到45度。而這一切剛好被正在附近拍攝電影的團隊收入鏡頭當中,留下了珍貴的影像。
最終,承受著大橋重量的吊索接連斷裂,與120多米的大橋主體轟然墜入塔科馬海峽,激起了一大片煙塵。
塔科馬海峽吊橋倒塌後第二天,著名物理學家馮·卡門覺得此事不妥,便用一個塔科馬海峽吊橋模型進行試驗。結果不出他所料,塔科馬海峽吊橋倒塌事件的元兇,正是「卡門渦街」引起的橋梁共振。
自此以後,土木工程界充分認識到了空氣動力學對橋梁帶來的影響,後面所有的大型橋梁都要在風洞中進行相關共振實驗,以免產生類似事故。
虎門大橋1992年開始建設,1997年5月通車,已經安全服務超過20年,歷經考驗,質量絕對過關。但此次事故之後仍然需要進行檢測,以除後患。