下面這座大橋的晃動幅度高達數米，在這樣的橋上開車是種什麼體驗？

癫狂的美國塔科馬大橋

1940年的7月1日，位于美國華盛頓州的塔科馬大橋通車，這座大橋在當時是世界上第三長的懸索橋，僅次于金門大橋和喬治華盛頓大橋。詭異的是，這座由鋼鐵和混凝土打造的大橋有時候竟然像扭秧歌一樣，不受控制的舞動！這種駭人聽聞的奇觀吸引了當時來自全美的人前來吃瓜。而劇烈的舞動最終還是讓大橋轟然倒塌！到底是什麼原因導緻這座大橋如此詭異的舞動呢？

1931年通車的喬治華盛頓大橋

1937年通車的金門大橋之後經常出現于各大好萊塢電影中

1940年7月1日塔科馬大橋通車，是當時世界上第三長的懸索橋

塔科馬大橋最初建于 1938 年，當時有兩位著名的設計師為該橋梁提出過設計方案。第一個方案由克拉克·埃德裡奇提出，他的方案是将塔科馬大橋設計為鋼結構桁架支撐的橋面，厚度為7.6米，但由于這份方案的造價過于昂貴，并且當時的聯邦公共管理局隻批準了600萬美元，剩下的錢還需要當地自己想辦法去籌措。于是，另一個方案就被推了出來，提出新設計方案的人，正是著名的金門大橋設計師之一的裡昂莫伊塞弗。他認為塔科馬大橋的橋面厚度可以設計成2.4米的厚度，後者的設計方案無疑可以節省一大筆費用，并且還可以使得橋梁設計的更加優雅和纖薄，于是塔科馬大橋的預算從1100萬美元降至800萬美元。大橋從1938年9月27日開始施工，隻花了19個月，該橋就于1940年7月1日實現了通車。大橋的主跨度為850米，由于規劃人員預計該橋梁的車流量較少，僅設計了兩個車道，總寬度僅為12米，從遠處看，這座橋薄的像一條絲帶。在施工的過程中，工人們意識到大橋經常發生劇烈的晃動，甚至在正式通車的當天，現場所有的人也感受到了大橋明顯的晃動。為了監測塔科馬大橋的晃動，研究人員在大橋上安裝了攝像機。同時，晃動的大橋也吸引了不少駕車人士慕名而來，感受其振蕩威力的刺激，在有些時候其橋面擺動幅度甚至可達數米！其後，橋面的波動幅度不斷增加，工程人員嘗試加建纜索及液壓緩沖裝置去試圖減小波動，但都不成功。這座造價相當于現在的10億美金的塔科馬大橋，僅僅存在了4個月零7天！

施工中的塔科馬大橋

纖薄的塔科馬大橋看上去确實更具美感

塔科馬大橋的橋面并未采用這種桁架支撐的結構

塔科馬大橋墜毀瞬間

為了研究大橋坍塌的原因，事後的工程師們制作了一個1：1200的三維大橋模型，并進行了大量的風洞實驗，得出的結論，還是因為風的作用。但是，在橋梁設計的時候，設計師已經考慮到了85000噸重的橋梁足以抵抗極端大風，不過那時的橋梁設計師并不具備專業的物理學知識，他們無法理解塔科馬大橋在建成後，即便是在微風徐徐依舊會讓大橋産生明顯的晃動。

即便是風力不算很大的情況下，塔科馬大橋依舊劇烈晃動

想要理解塔科馬大橋的晃動，這裡需要說到的一個概念，叫做共振。每個物體或是系統都有一個固有的特殊頻率，稱為自然振動或是共振頻率。當我們在蕩秋千的時候伴随着秋千擺動的頻率，隻需要在準确的位置施加一個推力，秋千就會越來越高，因為通過共振，可以使得較小的周期性的推力累加起來成為較大的振動，秋千就可以越來越高，正是因為能量被儲存了起來。 當風掠過橋梁時，橋體的上下就會産生漩渦，這種漩渦被稱之為卡門渦街效應，漩渦會使得橋梁擺動，而當這種交替的渦流的頻率達到橋梁的固有頻率時，便會使橋梁産生更加劇烈的垂直擺動！

卡門渦街效應

但是通過視頻人們發現，橋梁在坍塌之前并非是隻有因卡門渦街效應導緻的垂直震蕩，而是以一種極為誇張的來回扭曲的方式折斷。這個問題其實至今都在争論，但是最為合理的解釋就是由于塔科馬大橋的特殊構造，風的作用使得橋梁産生輕微的扭曲，瞬間的大風使得扭曲被放大，當橋梁恢複自然狀态時，慣性又使得橋梁向另外一個方向扭曲。 而這種現象被稱為氣動彈性振顫，這也是塔科馬大橋坍塌之後衍生出來的一個新的學科。

模拟塔科馬大橋橋面的氣動試驗

滑稽的是，在塔科馬大橋坍塌後的第二天，華盛頓州的州長首先出來表示，塔科馬大橋的設計沒有問題，計劃按照原樣重建！但是馮卡門作為當時大橋坍塌調查組的成員之一，極力反對！經過幾番激烈的争論之後，馮卡門終于說服了不懂空氣動力學的橋梁設計師，并且在之後新建的塔科馬大橋，重新采用了之前被否定的設計師克拉克埃德裡奇的方案。1950年通車的新的塔科馬大橋一直沿用至今。塔科馬大橋的坍塌讓橋梁工程師們，重新構造橋梁設計的理論，而人類社會正是在這種無數次的失敗跌倒中一步步地向前的！關于大橋的振動，你還了解多少？歡迎大家在評論區告訴我。#全能創作家##頭條科技複薪計劃#

1950年和2009年分别在原有位置重新建造的塔科馬大橋

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