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虎门大桥异常抖动的原因找到了,竟然真是被风吹起来的?

发布时间:2020-05-09  分类:财经新闻  作者:dadiao  浏览:2

虎门大桥异常抖动的原因找到了,竟然真是被风吹起来的?2020-05-09 10:34:55 虎门大桥异常摇晃的原因已经找到。它实际上是被风吹起来的?2020-05-09 10:15:46@

虎门大桥

海浪中的海浪

前天下午,每个人的朋友圈一定都被视频“虎门大桥在风中摇摆”所席卷?

超级模特看到这个视频时很困惑。这是传说中的“渣桥* *波”吗?

为了找出原因,超模问了一个土木工程专业的同学,他给我发了一段视频:“看到桥在风中奇怪的扭曲,超模不敢相信自己的眼睛:“这是不是太离谱了?这座桥是橡胶做的吗?”

但事实上,现在不是它震动最大的时候。

1940年11月7日,美国853米长的塔科马大桥被8级大风猛烈摇晃,实际上被吹倒了!

只要你体重超过80公斤,8级风就没什么。

你知道,这是当时美国第三大吊桥,甚至被称为“工程界的珍珠港”。仅仅过了四个月,它才首次通车。

我们见过人们被超载的卡车压死,被洪水冲走,甚至在施工中倒塌,但这种被风吹倒的方式真的令人难以置信。

然而,一座桥的倒塌阻止了千千接下来的一万座桥免遭类似的悲剧。

这一事件震惊了世界桥梁界,引发了科学家们对桥梁风致振动的研究。

科学家发现这种风振通常只发生在吊桥上,也就是说,我们通常看到的用两根大柱子拉着桥面用各种钢索的桥,如金门大桥、塔科马大桥和我们美国的虎门大桥,都属于这种桥。

金门大桥于1937年通车

在这座桥发明之前,所有的桥都有很多桥墩,而这座桥只需要两三个桥墩,相对来说,桥墩重量轻,细长而优雅,因此跨度自然可以做得更大。

但它也面临一个缺点。虽然旧桥桥墩多,跨度小,但只需考虑桥的荷载。这种新型悬索桥不仅需要面对荷载问题,还需要考虑侧风对桥梁的影响。

因为只有成捆的钢索支撑着桥面,而桥面本身是悬空的,所以我们可以把桥面视为飞机的机翼。当风吹过时,不仅会产生涡流,有时甚至会产生升力。

但是像这样的桥通常由非常坚固的钢结构制成,所以很小的提升对桥不会有太大的影响。

那么像塔科马大桥这样的规则波是如何形成的呢?

这让我们想到了著名的流体力学——匈牙利犹太人西奥多·冯·卡门·冯·卡门

事实上,在塔科马大桥坍塌后,美国成立了一个事故调查委员会,冯·卡门是该委员会的成员之一。

1930年,刚搬到美国的卡门开始负责指导古根海姆空气动力学实验室和加州理工学院第一个风洞的设计和建造。

冯·卡门不仅是钱学森在加州理工学院的导师,还建立了喷气推进实验室(JPL),现在是美国宇航局的核心。

事实上,卡门涡街在自然界非常普遍。举个最简单的例子。在某些条件下,穿过山脉的云会产生两个不对称排列的漩涡。这两个漩涡以相反的方向旋转,交错并来回摆动。

在加州理工学院风洞中进行模型试验后,卡门认为桥梁事故的罪魁祸首是“卡门涡街”引起的桥梁共振。

事实上,卡门涡街在自然界非常普遍。举个最简单的例子。在某些条件下,穿过山脉的云会产生两个不对称排列的漩涡。这两个漩涡以相反的方向旋转,交错并来回摆动。

卡门涡街和塔科马大桥的倒塌有什么关系?什么引起涡流?

最初,塔科马大桥的设计者、当时著名的工程师利昂·莫西夫(Leon Moisseiff)确信,他可以使吊桥的设计更加纤细优雅,同时将成本降至最低。他用2.4米的普通钢梁代替了原来7.6米的桁架梁。

Leon Moisef(右一)

然而,这使得桥梁主体无法产生足够的刚度,从而大大降低了其抵抗变形的能力。

不仅如此,在被普通钢梁取代后,风只能通过桥梁的两侧,不能自由通过原来采用的桁架梁。

导致大桥坍塌的“罪魁祸首”是由坚固的钢板和大桥两侧的横截面形成的H形结构。“H形结构”这两块钢板就像云里的山。当风形成的高速漩涡不断从桥身两侧流过时,会给桥身带来交变的侧向力。

这个侧向力有一定的频率。当风速达到一定速度时,会产生连续的涡流,在待缠绕的桥梁上产生周期性的浸渍力。当浸渍力接近桥梁的振动频率时,就会产生共振。

举一个简单的例子,比如摆动,当我们沿着它的频率摆动时,我们可能会越摆越高。

我相信聪明的模具朋友已经猜到了导致虎门大桥随风波动的“罪魁祸首”是最近施工时放在桥面上的水马。

在这次事故中,水车改变了桥梁的共振特性。当一定的风速吹动时,它并不小,只是昨天的8m/s风速,并发生共振。

共振越强,桥的摆动和扭曲就越大。幸运的是,桥梁管理人员及时移走了水车,没有发生桥梁破坏和死亡事故。

你也可能担心虎门大桥是否会有和塔科马大桥一样的结果。超模认为高概率是不可能的!

据超模君所知,虎门桥已经使用了20多年,20年来从未有过飞蛾,所以质量还是有保证的。

桥梁风工程专家葛·姚俊解释道:虎门大桥目前正在修复吊杆和主缆。为了防止汽车相撞,桥的两边都设置了临时挡土墙。也就是说,俗话说,水马改变了桥的形状。最初,桥梁结构是非常流线型的,加上(水马)后变得非常钝,所以很容易引起涡流振动。他估计振动的幅度为几厘米或十多厘米。虽然振动看起来很大,但桥梁的强度和安全性没有问题。

葛说大桥的震动会让人感觉不舒服,继续行驶会有危险,所以应该暂停交通。解决的办法是拿走任何添加的东西,在短时间内就会有振动,因为能量还没有消散。

看了超级名模金的《流行科学》后,每个人都在虎门桥上放了点零食。事实上,虎门大桥、塔科马大桥和其他桥梁的本质是由于流体力学。

如果我们能很好地理解流体力学背后的故事,我们不会感到惊讶。

写在末尾

事实上,世界上很多事情都是一样的。伟大的科学家已经为我们总结了世界定律,就像流体力学之父丹尼尔.伯努利创造了流体力学一样。

当我们回顾2600年的数学文明史时,不仅是伯努利家族,还有许多用数学智慧改变人类的先驱。例如,力学之父牛顿,数学之王高斯,等等.

他们用智慧写出了人类最美丽的数学公式。这也是他们用生命点亮科学文明的时刻。

我希望用他们的智慧开始新的数学旅程。

来源:超级数学建模

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