塔科馬大橋坍塌原因分析

1、塔科馬大橋坍塌原因分析摘要：摘要：塔科馬海峽橋（TacomaNarrowsBridge）位于美國華盛頓州，舊橋于1940年建成，同年11月，在19ms的低風速下顫振而破壞，震動了世界橋梁界，從而引發(fā)了科學家們對橋梁風致振動問題的研究，形成了橋梁風工程的新學科，并將風振動研究不斷提高到新的科學水平。關鍵詞：關鍵詞：共振、風振動、扭振正文：正文：大橋坍塌理論價值大橋坍塌理論價值當時，人們對這種狹長的橋梁設計找不出可以指責的地方，認為橋梁具有

2、一定的承載能力就足以安全了，其實不然。因為那時人們對于懸索橋的空氣動力學特性知之甚少，這場災難在當時說來是屬于不可預測的，或稱不可抗拒的。但是，塔科馬海峽大橋的坍塌事故還是引起了工程技術人員的關注，它的經(jīng)驗與教訓對以后的大橋設計產(chǎn)生了很大的影響，從此開始了現(xiàn)代橋梁的風洞研究與試驗。在今天看來，塔科馬海峽大橋坍塌那天，海上的風并不是很大，事故的真正原因就是梁體剛度不足，在風振的作用下橋梁屈曲失穩(wěn)。橋梁在風的作用下產(chǎn)生了上下振動，振幅不斷增

3、大并伴隨著梁體的扭曲，吊索拉斷，加大了吊索間的跨度，使梁體支撐不均，直至使梁體破壞。風是怎樣作用在橋上的呢？為什么相當均勻的風，會使橋產(chǎn)生脈沖式的振動，然后變?yōu)榕まD振動呢？研究的結果表明，是橋上豎直方向的橋面板引起了橋的振動，它對風的阻力很大，風被擋之后，大量的氣流便從橋面板的上方經(jīng)過然后壓向橋面。由于a)a)大橋結構大橋結構塔科馬大橋全長5939英尺（約1810.56米），主跨度，機大橋兩個支撐橋塔之間的長度2800英尺（約853.4

4、米），橋寬39英尺（約11.9米），橋邊墻裙深8英尺（約2.4米）。其基本結構見下圖。塔科馬大橋的結構中很重要的特點是加勁梁沒有采用桁架結構，而是采用鋼板梁，大橋重量得以減輕許多。橋邊墻裙采用實心鋼板。兩邊墻裙與橋面構成H形結構。大橋邊緣的鈍形結構，成了擋風的墻，為在一定條件下形成馮卡爾曼渦脫準備了空間物理條件。再一個特點就是塔科馬大橋跨寬比為1:72，與同類大橋相比大橋，例如1935年建成的喬治華盛頓大橋跨寬比為1:33，1937年建

5、成的金門大橋為1:47，1939年建成的布朗克斯白石大橋為1:31。可見塔科馬大橋的橋面過于狹窄。這點幾乎就是塔科馬大橋的命門。b)b)大橋的扭振模式大橋的扭振模式1940年11月7日，上午7：00，觀察到一陣風速為38英里小時（約17.2ms）的風，這陣風不算很大，卻激發(fā)起大橋橫向振動模式，近似于正弦波形，振幅1.5英尺（約0.45m），持續(xù)了3個多小時。這時，振動是有節(jié)奏的，也是平穩(wěn)的。根據(jù)觀察分析，當時大橋主跨以36次分的振動頻率