塔科马(Tacoma)桥风振致毁

风振对桥梁工程损害及防治摘要：风对桥梁的作用是一种十分复杂的现象，随着桥梁跨径的不断增加，风振现象也越来越受到工程界的关注。

本文针对抖振、涡激共振、风雨振等风致振动对大跨度桥梁的结构安全形成不可忽视的影响,探讨了大跨度桥梁抗风设计原则与风致振动的控制,提出了改善桥梁结构和增加机械阻尼等方法。

关键词：大跨度桥梁;风致振动;抗风设计1引言1940年秋，美国华盛顿州建成才四个月的主跨853m的塔科马悬索桥在风速不到20m／s的8级大风袭击下发生了当时还难以理解的强烈振动，奇妙的风竟使桥面扭曲翻腾．而且振幅愈来愈大。

直至使桥面倾翻到45度，最终导致桥粱的折断坠入峡谷之中。

这次事故后引起了国际桥梁工程界和空气动力界的极大关切,并开展了大量的理论探索和风洞实验研究。

我国自70年代起斜拉桥蓬勃发展,跨度日益增大,1999年10月,主跨1385m的江阴长江公路大桥的建成通车,使我国成为世界上能自主设计和建造千米级悬索桥的第六个国家。

中国改革开放以来已经建成了百余座缆索承重桥梁,其中包括10座悬索桥和近20座跨度超过400m的斜拉桥。

与此同步,斜拉桥和吊桥的风致振动理论与实验研究也结合工程实际迅速发展,并取得了一些有价值的研究成果。

2桥梁结构风致振动理论风灾是自然灾害中发生最频繁的一种，桥梁的风害事故屡见不鲜。

风与结构的相互作用是一个十分复杂的现象，它受风的自然特性、结构的外型、结构的动力特性以及风与结构的相互作用等多方面因素的制约。

当风绕过一般为非流线型作用截面的桥梁结构时，会产生旋涡和流动的分离，形成复杂的空气作用力。

当桥梁结构的刚度较大时，结构保持静止不动，这种空气力的作用只相当于静力作用。

当桥梁结构的刚度较小时，结构振动受到激发，这时空气力的作用不仅具有静力作用，而且具有动力作用。

2.1 风的静力作用静力作用指风速中由平均风速部分施加在结构上的静压产生的效应，可分为顺风向风力、横风向风力和风扭转力矩。

在顺风平均风的作用下，结构上的风压值不随时间发生变化，作用与桥梁上的风力可能来自任一方向，其中横桥向水平风力最为危险，是主要的计算对象。

塔科马海峡大桥倒塌事故的调查与原因分析姓名1：黄金钊（1123310319) 姓名2：赵光远（1123310318）【摘要】：塔科马海峡桥(Tacoma Narrows Bridge)位于美国华盛顿州,旧桥于1940年建成,该桥是华盛顿州耗资640万美元建成的悬索大桥,享有世界单跨桥之王的称号．该桥主跨853．4m,全长1 810．56m,桥宽11．9m,而梁高仅1．3m．通过两年时间的施工,于1940年7月1日建成通车,大桥刚投入使用就出现了上下起伏。

四个月后，同年11月7日上午约十一点，塔科马大桥在震动中倒塌。

【关键词】：塔科马大桥，倒塌，风压，振动，原因一·工程事故的调查20世纪上半叶，美国奥林匹克半岛尚未开发，看到其资源的经济潜力，越来越多的人希望在这里建造大桥。

1923年即有一个委员会在做建桥的可行性研究。

1927年塔科马商会路桥委员会确认了建桥的可行性并组成了一个集资委员会负责前期的勘测筹款。

1928年塔科马商会正式宣布建桥，并开始筹款，然而在未来的五年中并没有筹得足够的资金。

开始时桥梁采用当时流行的悬索结构，华盛顿州的工程师克拉克.艾尔德里奇早先提出一个初步设计，采用25英尺高钢桁架梁，预计造价1100万美元，他将设计方案交给多个专家审核，其中一个来自纽约的工程师赖昂.莫伊塞夫认为他可以花更少的钱建桥，他将梁高减为8英尺高的钢板梁，由于梁高的变矮使桥更优雅，更具观赏性，同时也降低了成本，预计造价600万美元。

莫伊塞夫是纽约曼哈顿大桥的设计者，旧金山金门大桥的主要设计者，在桥梁设计上小有名气，因此他的设计被接受。

经过波折的资金筹集，终于在1938年11月23日由太平洋桥梁公司开始上部结构的施工。

桥的夸高比高达350，跨宽比达72，桥梁没有足够的刚度，从而经不住风的侵袭。

大桥在1940年6月底建成后不久（通车于1940年7月1日），人们就发现大桥在微风的吹拂下会出现晃动甚至扭曲变形的情况。

塔科马大桥坍塌原因分析摘要：塔科马海峡桥（Tacoma Narrows Bridge）位于美国华盛顿州，旧桥于1940年建成，同年11月，在19m/s的低风速下颤振而破坏，震动了世界桥梁界，从而引发了科学家们对桥梁风致振动问题的研究，形成了桥梁风工程的新学科，并将风振动研究不断提高到新的科学水平。

关键词：共振、风振动、扭振正文：大桥坍塌理论价值当时，人们对这种狭长的桥梁设计找不出可以指责的地方，认为桥梁具有一定的承载能力就足以安全了，其实不然。

因为那时人们对于悬索桥的空气动力学特性知之甚少，这场灾难在当时说来是属于不可预测的，或称不可抗拒的。

但是，塔科马海峡大桥的坍塌事故还是引起了工程技术人员的关注，它的经验与教训对以后的大桥设计产生了很大的影响，从此开始了现代桥梁的风洞研究与试验。

在今天看来，塔科马海峡大桥坍塌那天，海上的风并不是很大，事故的真正原因就是梁体刚度不足，在风振的作用下桥梁屈曲失稳。

桥梁在风的作用下产生了上下振动，振幅不断增大并伴随着梁体的扭曲，吊索拉断，加大了吊索间的跨度，使梁体支撑不均，直至使梁体破坏。

风是怎样作用在桥上的呢？为什么相当均匀的风，会使桥产生脉冲式的振动，然后变为扭转振动呢？研究的结果表明，是桥上竖直方向的桥面板引起了桥的振动，它对风的阻力很大，风被挡之后，大量的气流便从桥面板的上方经过然后压向桥面。

由于吹过的气流因不断地被屈折而使速度增加，所以在桥面板的上方和下方压力降低。

如果风总是从桥梁横向的正前方吹来，那倒不要紧，因为上下方的压力降低会互相抵消。

但是，如果风的方向不停地变换的话，压力就会不断地变化。

这一压力差作用在整个桥面上，并因挡风的竖直结构板后所产生的涡流而得到加强，结果桥就开始形成波浪式振动，过大的振动又拉断了桥梁结构，最终使桥梁坍塌。

幽默的美国人后来在谈起塔科马海峡大桥时诙谐的称之为舞动的格蒂（Galloping Gertie）。

从20世纪40年代后期开始，围绕塔科马海峡大桥风毁事故的原因后人进行了大量的分析与试验研究。

1.塔科马大桥的简介塔科马海峡大桥位于美国华盛顿州的塔科马海峡。

绰号舞动的格蒂,大桥于1940年7月1日通车,四个月后戏剧性地被微风摧毁,同年11月,在19m/s的低风速下颤振而破坏,震动了世界桥梁界.Tacoma tacoma Narrows bridge is located in the American state of Washington tacoma tacoma Narrows. Nickname dancing getty, the bridge was opened on July 1, 1940, four months after the dramatic breeze destroyed, in November the same year, in 19 m/s flutter under low wind speed and damage, the bridge shook the world2.该桥垮塌过程及原因大桥在1940年6月底建成后不久,人们就发现大桥在微风的吹拂下会出现晃动甚至扭曲变形的情况。

因此通车后一直有专业人员进行监测。

1940年11月7日上午,7:30测量到风速38英里/小时(约61公里/小时),到了9:30风速达到42英里/小时(约68公里/小时)。

引起大桥波浪形的有节奏的起伏。

10:03突然大桥主跨的半跨路面一侧被掀起来,引起侧向激烈的扭动,另半跨随后也跟着扭动。

10:30大桥西边半跨大块混凝土开始坠落,11:08大桥最后一部分掉进大海。

Soon the bridge was built at the end of June 1940, it was found that the bridge will be shaking and even distorted the situation in the breeze. Therefore, after the opening has been a professional monitoring The morning of November 7, 1940, 7:30 to measure wind speed of 38 miles per hour (about 61 km / h), the 9:30 winds reach 42 miles per hour (about 68 km / h). Cause the rhythm of the waves of the bridge. 10:03 suddenly the main span of the bridge across the road to the side of the road waslifted up, causing a violent side of the twist, and the other half followed by twisting. 10:30 bridge on the west side of a large block of concrete began to fall, the last part of the 11:08 bridge fell into the sea.事后人们对垮塌的原因分析众说纷纭,其中空气动力学和共振流传最广。

塔科马大桥坍塌原因分析塔科马大桥坍塌原因分析摘要:塔科马海峡桥(Tacoma Narrows Bridge)位于美国华盛顿州，旧桥于1940年建成，同年11月，在19m/s的低风速下颤振而破坏，震动了世界桥梁界，从而引发了科学家们对桥梁风致振动问题的研究，形成了桥梁风工程的新学科，并将风振动研究不断提高到新的科学水平。

关键词:共振、风振动、扭振正文:大桥坍塌理论价值当时，人们对这种狭长的桥梁设计找不出可以指责的地方，认为桥梁具有一定的承载能力就足以安全了，其实不然。

因为那时人们对于悬索桥的空气动力学特性知之甚少，这场灾难在当时说来是属于不可预测的，或称不可抗拒的。

但是，塔科马海峡大桥的坍塌事故还是引起了工程技术人员的关注，它的经验与教训对以后的大桥设计产生了很大的影响，从此开始了现代桥梁的风洞研究与试验。

在今天看来，塔科马海峡大桥坍塌那天，海上的风并不是很大，事故的真正原因就是梁体刚度不足，在风振的作用下桥梁屈曲失稳。

桥梁在风的作用下产生了上下振动，振幅不断增大并伴随着梁体的扭曲，吊索拉断，加大了吊索间的跨度，使梁体支撑不均，直至使梁体破坏。

风是怎样作用在桥上的呢,为什么相当均匀的风，会使桥产生脉冲式的振动，然后变为扭转振动呢,研究的结果表明，是桥上竖直方向的桥面板引起了桥的振动，它对风的阻力很大，风被挡之后，大量的气流便从桥面板的上方经过然后压向桥面。

由于吹过的气流因不断地被屈折而使速度增加，所以在桥面板的上方和下方压力降低。

如果风总是从桥梁横向的正前方吹来，那倒不要紧，因为上下方的压力降低会互相抵消。

但是，如果风的方向不停地变换的话，压力就会不断地变化。

这一压力差作用在整个桥面上，并因挡风的竖直结构板后所产生的涡流而得到加强，结果桥就开始形成波浪式振动，过大的振动又拉断了桥梁结构，最终使桥梁坍塌。

幽默的美国人后来在谈起塔科马海峡大桥时诙谐的称之为舞动的格蒂(Galloping Gertie)。

从可怕的桥梁事故认识颤振和涡振Tacoma Bridge 颤振塔科马海峡大桥位于美国华盛顿州，1940年7月1日通车，四个月后却在18m/s的低风速下颤振而破坏，这戏剧性的一幕正好被一支摄影队拍摄了下来，该桥因此声名大噪。

事实上，该桥仅在启用后的几个星期，桥面便开始出现摆动，平日里的微风便能让它“随风起舞”，碰上大风天，桥面的摆动甚至可达2米之多，该桥也因此被当地居民称为“舞动的格蒂”。

塔科马大桥的设计师，系大名鼎鼎的旧金山金门大桥的设计师之一里昂·莫伊塞弗，他认为斜拉索大桥主缆本身可以吸收一半来自风的压力，桥墩和索塔也可以透过传导分散这些能量，于是大桥主梁从原先的7.6米缩减为2.4米。

但材料上的“缩水”并非大桥坍塌的主要原因，真正让大桥瓦解的元凶，是工程设计上的局限——当时的土木工程师没有预见到空气动力给桥梁带来的共振影响。

该桥的风毁事故立即震动了世界桥梁界，从此也引发了科学家们对桥梁风致振动问题的广泛研究。

东京湾大桥涡振日本东京湾通道桥主桥为10跨一联的钢箱梁连续梁桥，最大跨度240m，在16~17m/s的风速下发生了竖向涡激振动，跨中振幅达50cm。

这是由于气流经过钝体桥梁结构时产生分离，形成了周期性的旋涡脱落，并产生作用于桥梁上的周期性气动力，当旋涡脱落频率接近于桥梁的某个固有频率时，就激发了桥梁的涡激共振。

展开剩余77%虽然涡激共振不会像颤振一样引起桥梁毁灭性的破坏，但频繁持续的涡振会造成桥梁构件疲劳破坏，并引起行人和行车不舒适，因此避免涡激共振也是桥梁抗风设计的重点之一。

确定桥梁涡激共振的锁定风速范围和最大振幅的有效手段是节段模型风洞试验，而抑制涡振发生的最好办法就是通过风洞试验选取理想的桥梁截面形式。

俄伏尔加河大桥蛇形共振2010年5月19日晚，俄罗斯首都莫斯科南方的伏尔加格勒过河大桥发生离奇摆动，钢筋混凝土构建的大桥竟呈波浪形翻滚，整个桥体也出现了较为明显的左右晃动，并发出震耳欲聋的声音，正在桥上行驶的车辆也在滚动中跳动。

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。

塔科马桥风振致毁——风与桥AbstractHistorically, the collapse of the Tacoma Narrows Bridge in 1940, after only a few months of service, prompted most of the research on aerodynamic stability of bridge.Before the Tacoma Narrows Bridge collapsed, bridge engineer were content to design for static loads produced by lateral winds, and the conventional design of bridges was focused mostly on the strength of aeroelastic investigation in structural design which included the rigidity, damping characteristics and the aerodynamic shape of the bridge. At the present time, it is considered more scientific to eliminate the cause than to build up the structure to resist the effect. The aerodynamic phase of the problem is the real challenge to bridge engineers, and in response to this challenge, we now have the new science of bridge aerodynamics.Basically, the research and knowledge of aeronautics and aerodynamics were brought to bear on the bridge problem, treating the deck section as an airfoil, i.e. like the wing cross-section of an aircraft. The results have been equally applicable to suspension and cable-stayed bridge. The development of the suspension bridge theory led to more economical, more slender and more ambitious structures. It was in the interest of maintaining these advantages and at the same time restoring aerodynamic stability that extensive research was started.When the first cable-stayed bridge was build in Sweden in 1955, the problem lf aerodynamic stability in bridge design did receive considerable study. However, that study did not then lead to explicit design rules and formulas. It should be noted that all extensive research done so far has not yet completed our knowledge of this problem.1、塔科马桥风毁介绍1940年11月7日，美国华盛顿州塔科马桥因风振致毁。

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塔科马狭桥倒塌之谜
作者：
来源：《学苑创造·C版》2008年第09期
从前，在美国塔科马有一座著名的狭桥。

这座桥在施工时发生过摆动。

不时的振动使修桥工人感到眩晕。

桥竣工通车后，摇摆得更加厉害。

它吸引了不少远方客人驾车到此一游，为的是寻求刺激，尝尝汽车驶过摇摇晃晃的狭桥时的滋味。

在某些日子里，桥身上下振幅竟达1.5米，使得驾驶员看不见在他前面行驶的汽车。

有一天早上，桥突然停止振动，不一会儿它便疯狂地扭转振动起来。

30分钟后，第一块
桥面开始坠入水中，接着有200米长的路面断开，然后振动停止了几分钟，最后又发生新的振动，将残留的桥面全部掀到水里。

事后，人们对狭桥的设计找不出可以指责的地方，因为那时人们对于吊桥的空气动力学特性知道得很少。

这场灾难在当时说来是属于不可预测的(或称不可抗拒的)，但它对以后的大桥设计影响颇大。

出事那天的风并不特别大，但因为桥在风的作用下产生了共振，振幅不断增大，直至将狭桥破坏。

风是怎样作用在桥上的呢?为什么相当均匀的风，会使桥产生脉冲式的振动，然后变为扭转振动呢?。