【共振】为什么大桥会出现异常抖动？
文章图片
文章图片
随着现代悬索桥的出现 ， 人类得以建造出越来越长的桥梁 。悬索桥的跨度可以很长 ， 能够跨过峡谷、大江、海峡 ， 例如 ， 横跨300多米深峡谷的中国矮寨特大悬索桥；杨泗港长江大桥的主跨长度可达1.7公里 ， 这在世界悬索桥中位列第二 ， 而在世界双层悬索桥中位列第一 。
由于悬索桥的跨度长 ， 这会带来一些空气动力学问题 。当大风横向吹过悬索桥 ， 桥面有可能会出现波浪式的晃动 ， 这会让行经桥上的人感到非常不适 。如果严重的话 ， 桥梁还有可能被摇晃垮塌 。
【【共振】为什么大桥会出现异常抖动？】
文章图片
文章图片
那么 ， 为什么悬索桥会出现异常的抖动现象呢？
从物理学原理来讲 ， 任何物理结构都存在一个固有频率 。如果强迫振动的频率接近于物理结构的固有频率 ， 就会引发共振现象 。如果振幅足够高 ， 结果会导致结构被破坏掉 。
文章图片
文章图片
在19世纪 ， 法国的一队士兵迈着相当整齐划一的步伐走过一座长100米的桥梁时 ， 由于齐步走产生的频率与大桥的固有频率相吻合 ， 导致大桥不断摇晃 ， 然后出现共振现象 。当士兵走到桥中间时 ， 剧烈的共振现象引发桥梁坍塌 ， 数百人落入水中丧命 。
除了整齐的步伐之外 ， 大风吹过桥梁也会造成大桥抖动 ， 并有可能引发剧烈的共振现象 ， 这涉及到卡门涡街效应 。
文章图片
文章图片
当强风横向吹过桥面时 ， 会在桥面上下两侧产生两道旋涡 ， 它们的旋转方向相反 ， 互相交错 。由此会对桥面产生周期性强迫力 ， 导致桥面出现晃动 。这就是卡门涡街效应 ， 由现代宇航科技之父冯·卡门最早阐明原理 。
如果卡门涡街效应十分强烈 ， 使得桥面振动幅度增大 ， 最终达到桥梁的固有频率 。结果就会出现共振现象 ， 桥梁将会发生剧烈的振动 ， 从而导致桥梁垮塌 ， 这在现实中有发生过 。
文章图片
文章图片
1940年 ， 横跨塔科马海峡的塔科马海峡悬索桥建成通车 。然而 ， 仅过了几周 ， 桥面就开始出现异常的抖动 。经过几个月的摇摆之后 ， 塔科马海峡大桥的桥面最终扭曲断掉 ， 大桥发生垮塌 。
文章图片
文章图片
根据塔科马海峡大桥模型的风洞测试 ， 大桥崩塌的原因正是卡门涡街效应引发的剧烈共振现象 。塔科马海峡大桥的桥面不够厚 ， 使其无法承受强风造成的卡门涡街效应 ， 最终风速为65公里/小时的大风吹垮了大桥 。
文章图片
文章图片
此后 ， 人们意识到 ， 桥梁建造之前先要对模型进行严格的风洞测试 。而且桥梁上还要设计一些气孔 ， 破坏卡门涡街效应 。10年之后 ， 经过严格仿真测试的新塔科马海峡大桥又建起来 ， 如今它还在正常通行 。
推荐阅读
- 黑猫评测|明明都是国产手机，为什么有些人更偏爱华为，却不喜欢小米？
- 新影音派对|为什么说1MORE ColorBuds是一款适合年轻人的耳机
- |为什么使用B+Tree？
- APP开发贝如科技|如今手机APP更新包都这么大？这是为什么呢？
- 科技旅途|华为的委屈白受了吗？苹果销量不降反升，为什么国人仍喜欢买苹果
- 招商银行|银行App为什么那么难用？
- 天文在线|为什么至今只有美国往返过月球？下一个是否会出现在亚洲？
- 女团|为什么造不出女团？
- 逗比例行表演|iPhone接收消息有延迟？为什么通知中心比微信更快收到消息？
- 搜狐新闻|苹果口碑全网“翻车”？罗永浩带货遭网友声讨：为什么不卖华为？