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(guó)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(dòng)了世界橋梁界，從而引發(fā)了科學(xué)家們對(duì)橋梁風(fēng)致振動(dòng)問(wèn)題的研究，形成了橋梁風(fēng)工程的新學(xué)科，并將風(fēng)振動(dòng)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(dòng)、扭振正文：正文：大橋坍塌理論價(jià)值大橋坍塌理論價(jià)值當(dāng)時(shí)，人們對(duì)這種狹長(zhǎng)的橋梁設(shè)計(jì)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(shí)不然。因?yàn)槟菚r(shí)人們對(duì)于懸索橋的空氣動(dòng)力學(xué)特性知之甚少，這場(chǎng)災(zāi)難在當(dāng)時(shí)說(shuō)來(lái)是屬于不可預(yù)測(cè)的，或稱(chēng)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(yàn)與教訓(xùn)對(duì)以后的大橋設(shè)計(jì)產(chǎn)生了很大的影響，從此開(kāi)始了現(xiàn)代橋梁的風(fēng)洞研究與試驗(yàn)。在今天看來(lái)，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(dòng)，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(huì)使橋產(chǎn)生脈沖式的振動(dòng)，然后變?yōu)榕まD(zhuǎn)振動(dòng)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(dòng)，它對(duì)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(guò)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(zhǎng)5939英尺（約1810.56米），主跨度，機(jī)大橋兩個(gè)支撐橋塔之間的長(zhǎng)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(jiàn)下圖。塔科馬大橋的結(jié)構(gòu)中很重要的特點(diǎn)是加勁梁沒(méi)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(shí)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?xiàng)l件。再一個(gè)特點(diǎn)就是塔科馬大橋跨寬比為1:72，與同類(lèi)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(mén)大橋?yàn)?:47，1939年建成的布朗克斯白石大橋?yàn)?:31?？梢?jiàn)塔科馬大橋的橋面過(guò)于狹窄。這點(diǎn)幾乎就是塔科馬大橋的命門(mén)。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(shí)（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(dòng)模式，近似于正弦波形，振幅1.5英尺（約0.45m），持續(xù)了3個(gè)多小時(shí)。這時(shí)，振動(dòng)是有節(jié)奏的，也是平穩(wěn)的。根據(jù)觀察分析，當(dāng)時(shí)大橋主跨以36次分的振動(dòng)頻率