橋為(wei) 什麽(me) 會(hui) 晃？

想要弄明白這個(ge) 問題，我們(men) 需要回到1940年。

曆史上最著名的，因共振而導致橋梁坍塌的事故-塔科馬海峽吊橋事故。

塔科馬海峽吊橋於(yu) 1940年7月1日建成通車，是當時美國第三大懸索橋，一度被譽為(wei) “工程界的珍珠港”，但由於(yu) 設計缺陷，這座橋的壽命僅(jin) 僅(jin) 維持了4個(ge) 月。

對於(yu) 塔科馬海峽吊橋來說，1940年11月7日是個(ge) 特殊的日子。上午7點30分，工作人員測得橋麵風速為(wei) 38英裏/每小時（61公裏/每小時，風速7級）。橋麵和往常一樣，在遇到大風情況下，會(hui) 出現小幅的晃動。

兩(liang) 個(ge) 小時後，橋麵風速達到42英裏/每小時（67公裏/每小時，風力8級），橋麵起伏變大，足足有一米多高。人在這樣的風速下，行走艱難，但對大型建築物一般不會(hui) 造成威脅。塔科馬海峽吊橋原本設計的抗風能力為(wei) 120英裏/每小時，但在8級風力的作用下，橋體(ti) 開始劇烈扭曲變形。

直到上午11點，橋梁鋼纜承受不住橋梁劇烈起伏，開始陸續斷裂，最終橋體(ti) 承受不住自身重量，徹底崩塌。幸運的是，此次事故中並沒有造成人員傷(shang) 亡。

為(wei) 什麽(me) 這次橋梁坍塌事件會(hui) 如此出名，原因還要回到橋梁最開始的設計階段。

塔科馬海峽吊橋設計想法於(yu) 1889年被提出，但由於(yu) 資金問題，直到1937年才著手實施。最初的設計方案比較常規，預算為(wei) 一千一百萬(wan) 美元。

來自紐約的工程師-萊昂·莫伊塞夫（Leon Moisseiff）得知此事後，給聯邦政府工程部寫(xie) 了一封信，他認為(wei) 橋梁建設的預算可以做到更低。

原先的設計方案是用25英尺（7.6米）的鋼桁梁作為(wei) 主梁，而莫伊塞夫建議采用8英尺（2.4米）的鋼板梁。他認為(wei) ，采用更薄的鋼板做主梁，可以降低成本，也能減少橋梁重量。更薄的設計，還能讓橋梁整體(ti) 更美觀、更具觀賞性。莫伊塞夫的設計方案一舉(ju) 三得，不僅(jin) 好看還能省錢，看似完美的設計，讓聯邦政府決(jue) 定放棄最初方案，選擇采用了莫伊塞夫的設計方案，預算也從(cong) 一千一百萬(wan) 美元降低到了800萬(wan) 美元。

塔科馬海峽吊橋於(yu) 1940年7月1日開始通車，不久之後人們(men) 就意識到這座橋梁會(hui) “跳舞”，在輕度到中度的風速下，橋麵就會(hui) 上下起伏，司機在橋麵行駛也有很明顯的感覺，但人們(men) 依然覺得橋梁的鋼製結構非常穩定，因此還調侃著給這座橋取了個(ge) 小名，叫做“舞動的格蒂”（Galloping Gertie）。但短短4個(ge) 月的時間，塔科馬海峽吊橋就成了笑柄，莫伊塞夫的職業(ye) 生涯也到此結束。

大橋坍塌後，西奧多·馮(feng) ·卡門（Theodore von Kármán）作為(wei) 事故調查員，對此次事件展開了調查。馮(feng) ·卡門是20世紀最偉(wei) 大的航天工程學家，美國NASA著名的噴氣推進實驗室（JPL）就是由他領導創建，我國著名科學家錢學森先也是他的得意門生。馮(feng) 卡門在調查期間，在加州理工學院進行了橋梁模型風洞實驗，最終證實了塔科馬海峽吊橋倒塌的主要原因是“卡門渦街”現象。

“卡門渦街”是一個(ge) 流體(ti) 力學的名詞，簡單來說，流體(ti) 在一定條件下，繞過某些物體(ti) 時，物體(ti) 兩(liang) 側(ce) 會(hui) 周期性地脫落出旋轉方向相反、排列規則的雙列線渦，經過非線性作用後，形成卡門渦街。

在自然界中，這種現象非常普遍，比如：水繞過橋墩、石頭、建築物；風吹過高塔、煙囪、電線杆等。

在這次事件中，莫伊塞夫的設計成了橋梁坍塌的主要原因。

首先塔科馬海峽吊橋跨度853.4米，橋寬卻隻有11.9米。不僅(jin) 如此，2.4米厚的鋼板梁，都使橋身無法產(chan) 生足夠的剛度。

最開始的設計，采用7.6米的鋼桁梁，可以讓風從(cong) 桁架梁之間輕鬆穿過。而莫伊塞夫換成2.4米的鋼板梁之後，風隻能從(cong) 橋體(ti) 的上下麵經過，再加上大橋兩(liang) 邊采用了實心鋼板的牆裙，橫截麵構成了H型結構，對風力的阻擋效果更加明顯。

這種設計不僅(jin) 剛度不夠，風力對橋體(ti) 影響也非常巨大，最終使得這個(ge) 寄以厚望的大橋隻存在了4個(ge) 月。

此次事故之後，人們(men) 開始意識到空氣動力學對於(yu) 建造的重要性，塔科馬海峽大橋的坍塌也讓空氣動力學和共振實驗成為(wei) 了建築工程學的必修課。之後的橋梁不管是整體(ti) 、還是局部，都需要經過嚴(yan) 謹的數學分析和風洞測試。

此次事件也並非如此簡單，馮(feng) ·卡門還在調查報告中指出：因為(wei) 代理商從(cong) 中間貪汙了部分款項 ，導致橋梁建設資金不足，使得測算方麵和空氣動力學方麵分析不嚴(yan) 密，也是這次事件發生的主要原因之一。

有意思的是，新的塔科馬海峽大橋於(yu) 1950年重新通車，當地的居民又給它重新取了名字，叫做強壯的格蒂。


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