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(fēng)速下顫振而破壞，震動了世界橋梁界，從而引發(fā)了科學(xué)家們對橋梁風(fēng)致振動問題的研究，形成了橋梁風(fēng)工程的新學(xué)科，并將風(fēng)振動研究不斷提高到新的科學(xué)水平。關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：共振、風(fēng)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(dāng)時，人們對這種狹長的橋梁設(shè)計找不出可以指責(zé)的地方，認(rèn)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(xué)特性知之甚少，這場災(zāi)難在當(dāng)時說來是屬于不可預(yù)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(shù)人員的關(guān)注，它的經(jīng)驗與教訓(xùn)對以后的大橋設(shè)計產(chǎn)生了很大的影響，從此開始了現(xiàn)代橋梁的風(fēng)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(fēng)并不是很大，事故的真正原因就是梁體剛度不足，在風(fēng)振的作用下橋梁屈曲失穩(wěn)。橋梁在風(fēng)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(fēng)是怎樣作用在橋上的呢？為什么相當(dāng)均勻的風(fēng)，會使橋產(chǎn)生脈沖式的振動，然后變?yōu)榕まD(zhuǎn)振動呢？研究的結(jié)果表明，是橋上豎直方向的橋面板引起了橋的振動，它對風(fēng)的阻力很大，風(fēng)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(jié)構(gòu)大橋結(jié)構(gòu)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?qū)?9英尺（約11.9米），橋邊墻裙深8英尺（約2.4米）。其基本結(jié)構(gòu)見下圖。塔科馬大橋的結(jié)構(gòu)中很重要的特點是加勁梁沒有采用桁架結(jié)構(gòu)，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(gòu)成H形結(jié)構(gòu)。大橋邊緣的鈍形結(jié)構(gòu)，成了擋風(fēng)的墻，為在一定條件下形成馮卡爾曼渦脫準(zhǔn)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?？梢娝岂R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(fēng)速為38英里小時（約17.2ms）的風(fēng)，這陣風(fēng)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(dāng)時大橋主跨以36次分的振動頻率