TacomaNarrowsBridge因共振倒塌.docVIP

塔科马海峡大桥Tacoma Narrows Bridge每一名建筑工程师都了解这样一个事实：在上个世纪上半叶，横跨于美国华盛顿州普吉特海峡塔科马峡谷上的一座钢结构大桥被风“刮”断了。我回到自己的寓所，再次观看网络中有关塔科马大桥悲壮的史诗般镜头：1940年7月1日，造型优美的塔科马钢铁大桥建成通车。大桥刚投入使用就出现上下起伏的振动，引得许多人驱车前往享受这种奇妙的感觉。11月7日晨7:00，顺峡谷刮来的8级大风带着人耳不能听到的振荡，激起了大桥本身的谐振。在持续3个小时的大波动中，整座大桥的上下起伏竟达1米之多。10:00时振动变得更加强烈了，其幅度之大简直令人难以置信。数千吨重的钢铁大桥由刚性变成了柔性，像一条缎带一样以8.5米的振幅左右来回起伏飘荡。高达数米的长长波浪在沉重的结构上缓慢爬行，从侧面看起来就像是一条正在发怒的巨蟒。在整个过程中共振在不断地逐渐加强，但是谁也想不到将会产生什么样的后果。结局本来是设计师们应该预料到的，现在它马上就要发生了。11:10，正在桥上观测的一位教授保证说：大桥绝对安全。可他话音刚落，大桥就开始断裂，教授沿着桥上的标志线安全地退了下来。就在这一瞬之间，桥上那承受着大桥重量的钢索在怪物般起伏的进攻下失去了束缚力，猝然而断。大桥的主体从天而降，整个拍落到万丈深渊。桥上的其他构件也难逃噩运，仿佛电影中的慢镜头一样，各种构件像巨人手中的玩具一样飞旋而去。当时正在桥中央的一名记者赶忙钻出汽车，拼命抓住桥边的栏杆，用手和膝盖爬行着脱了险。整座大桥坍塌了！车里的小狗和汽车一起从桥上掉落，成为这次事故的唯一牺牲者。在观看这些镜头的同时，由于近来对桥梁发展史的偏爱，我专门注意了塔科马大桥的跨径——853米。网络有关区域除了存有事故本身的资料，还张贴有许多有趣的轶闻，比如——事故发生后人们才得知，大桥投保额达800万美元的保险金早已被保险公司的一名外勤工作人员私吞，为此他当然锒铛入狱。不过这名贪污犯讥诮地指出，假使此事再晚发生一周他就能逃脱干系，因为那时大桥管理人员将取消所有的保险合同，他们坚信大桥安全可靠万无一失。当地银行本来在桥边立有一块招牌，宣称他们的银行“像塔科马大桥一样可靠”，可大桥一塌他们慌忙把它拆除了。再比如——大桥坍塌后州长在演说中声称：“我们还要照以前那样建造一个完全一样的桥！”著名工程师冯·卡门听说后马上给州长拍发了一份电报，“如果你要照以前那样修建一个完全一样的桥，那它就会完全照以前那样倒塌在完全一样的那里。”“塔科马大桥毁于共振。”在我的虚心请教下，郭威向我解释了冯·卡门看似诅咒的警告。“对于加劲钢板梁悬索桥来说，当桥面距离空旷水域的水面较高时，风力就会使它们发生振动。因为当稳定的层流风吹向障碍物时，风力将分流绕过其断面而形成交替周期性的涡流脱落，这又被称为冯·卡门涡流街——懂吗？”“不懂。”我诚实地摇头。“说的通俗一点，流动的空气在绕过障碍物时会迫其产生振动，当振动达到一定程度时就会引起障碍物的共振，共振使振幅逐渐增大，桥没有不塌的。这懂吗？”“你一开始就该这么讲。”我说。“当时的风速好像才每秒钟19米。”“不小了，时速快70千米了，马路上的汽车跑出这个速度很容易。再说共振对于建筑物和构筑物的危害程度并不仅仅取决于风速大小。”郭威进一步阐述这一问题。“英国也发生过一起类似事件，1831年一队士兵通过曼彻思特附近的布劳顿吊桥时，整齐的正步使桥梁发生共振而倒塌。从此以后军队规定，士兵在列队过桥时应改走便步，以免共振毁桥。”明天将进行白令大桥的剪彩仪式。是夜，我反复流览塔科马蒙难的镜头，每次重温都有一种巨大的伤感袭上心头。我认为这种情感源于担心文明被摧毁的一种恐惧。我在观看上个世纪那部恐龙影片时的感受可以印证这一点。当我目睹中年科学家为救护险境中的三名同伴而被恐龙撕吃时，当我看到男主人公为掩护情人女儿挺身而出主动吸引恐龙注意力时，我没有丝毫感动；但是，当我看到整个人类队列被巨大的低等生物恐龙所驱赶着疯狂奔跑的时候，当我看到两双本应操纵键盘的手不得不为生存而拼命挖掘泥土最后却依旧未能如愿逃生的时候，我禁不住热泪盈眶。个体的牺牲已很难唤起我的情感，只有在文明被践踏时才会使我感到深深的难过。事实上，我感到自己正在一天天地被工业文明所询唤，在它巨大的笼罩之下金属般冰冷的逻辑已在我脑海中留下了深深的印刻。在强大的工业文明面前，我一筹莫展；在强大的工业文明面前，我目光游离；在强大的工业文明面前，我徘徊犹豫。郭威告诉我，塔科马悲剧使后来的悬索桥设计出现了以下的形式，美国工程师采取的解决办法就是采用高达10到12米的加劲桁架，并在桁架的顶部和底部设置风撑，这样产生的强大抗弯刚度和抗扭刚度可抵抗产生振动的风力影响。后来重新建造的塔科马大桥就采用了这种桁架形式。但是，由于抗风稳定需要而产生的这种形式使悬索桥