发生了什么
1940 年 7 月通车时,塔科马海峡大桥是地球上第三长的悬索桥,也是最优雅的:仅 39 英尺宽的桥面悬在浅板式主梁上,由 Leon Moisseiff 依据更长、更轻的桥跨也能安全弯曲的理论设计。它从第一天起就会晃。微风里,桥面上出现上下起伏的波浪;司机能看见前车先钻进波谷再冒出来。州政府请了顾问研究阻尼,而公众把这种弹跳当成了景点。
1940 年 11 月 7 日上午,在持续的 42 英里/小时风中,运动方式变了——从上下波浪变成了剧烈的螺旋扭转,桥面两边各倾斜 45 度。大桥扭了大约一个小时,足够拍摄组把全过程录下来,随后中跨撕裂脱落,坠入普吉特湾。唯一的死者是 Tubby,一只过于害怕、没敢离开被困汽车的可卡犬。
失效模式是气动弹性颤振:实心主梁把风兜住了,扭转又把能量回灌给结构,速度比结构耗散得还快。这次事故改写了桥梁工程——桥面断面必须做风洞测试,之后所有长跨桥都同样要看空气动力学,而不只是看重力。
付出的代价
6.4 百万美元的桥 · 一只狗 · 一个学科的自信
为什么发生
设计理论把经验外推过头了:更轻、更窄已经奏效,于是就默认再更轻、更窄也没问题。
实心板式主梁挡住了老式开放桁架会让风穿过去的气流——这个空气动力学变化,没人按空气动力学去分析。
四个月都看得见的振动,被当成怪癖正常化了,而不是当成数据。
当时这个学科还没有颤振理论;这座桥就是那场实验。
可以学到什么
系统已经大声告诉你出问题了,就不会因为你的模型说没事而闭嘴。你已经习惯的警报,还是警报。
后续
那个把保费揣进自己口袋、却没有给大桥投保的保险代理被送进了监狱。1950 年通车的替代桥采用开放桁架,前面还做了风洞试验,如今仍然在用。1940 年的那段影像,成了全世界每个工科新生都会看的教材。
从这里,追溯依据
参考来源
- Tacoma Narrows Bridge (1940) — Wikipedia en.wikipedia.org
- Tacoma Narrows Bridge history — WSDOT wsdot.wa.gov