伦敦千禧桥是一座横跨泰晤士河的轻巧钢制悬索步行桥,于2000年6月10日开通,连接伦敦金融城与班克赛德及圣保罗大教堂。开通当天,成千上万人过桥时,桥开始剧烈地左右摇晃。伦敦人很快给它起了个绰号叫“摇摇桥”。两天后该桥关闭,并在此后近两年里一直封闭,工程师们在此期间查明问题所在并研究如何解决。

原因是工程师所称的“同步横向激励”现象。当桥面轻微侧向晃动时,桥上行走的人会本能地调整脚步以保持平衡——而这样做时,他们的步伐恰好与晃动同步。每一次同步的落脚都会把桥推得更远一点,这又促使更多人同步,形成自我强化的循环。桥上人越多,效应越强;开通当天桥上同时多达2000人,晃动幅度达到约70毫米。

垂直弹跳——即让士兵在桥上便步走的那种现象——早已为人所熟知,但对于这样一座轻型桥梁,这种由人群驱动的侧向晃动此前并未被充分预见。与工程公司奥雅纳合作开发的解决方案是安装阻尼器,以吸收横向和垂直方向的能量。经过数百名志愿者参与的全尺寸测试后,该桥于2002年2月重新开放,终于稳定下来。整个事件耗资约1820万英镑,超出预算约220万英镑。

加装阻尼器以吸收横向和垂直能量,阻止人群同步的脚步声放大晃动,耗资超出预算220万英镑。

该桥的横向(侧向)振动模态轻且频率低,正是让一群人能与晃动同步的条件。

设计者了解垂直弹跳,但没有充分考虑行人会无意识地将步伐与横向运动同步。

设计规范中没有针对这种人群-结构反馈的先例,因此没有进行相关测试。

问题只在开通当天真实人群荷载下才显现出来,在设计计算中并未暴露。

人不是被动的荷载——他们会做出反应。轻微的晃动可能让一群人随之一致移动,从而放大运动。要测试系统与其用户之间的反馈,而不是孤立地测试系统。

千禧桥的摇晃成为结构工程和人因工程领域的教科书案例,并改变了世界各地轻型步行桥的设计和测试方式——工程师们现在会常规检查同步横向激励,并在需要处加装阻尼器。这座桥本身在修复后一直保持稳定,是受欢迎的过河通道。“摇摇桥”这个绰号保留了下来,长久地提醒人们:使用系统的人是系统的一部分,他们能把小小的晃动变成大大的晃动。

追溯依據

參考來源

  1. Millennium Bridge, London — Wikipedia (2000 opening, 'Wobbly Bridge', synchronous lateral excitation) en.wikipedia.org
  2. Southwark News — The 'wobbly' Millennium Bridge turns 25 southwarknews.co.uk