五一假期的最后一天被異常抖動(dòng)的虎門大橋刷了屏。5日有人拍到虎門大橋異常抖動(dòng)，橋梁管理部門隨即封閉大橋進(jìn)行檢測(cè)。而6日凌晨發(fā)現(xiàn)虎門大橋仍有輕微抖動(dòng)。
What？什么情況？鋼筋鐵骨的東西還會(huì)抖？這橋很危險(xiǎn)吧？一時(shí)間大家的腦子里跳出了無(wú)數(shù)個(gè)問(wèn)號(hào)，有個(gè)別思想陰暗者還拋出了“這橋怕不是又一個(gè)豆腐渣工程”的疑問(wèn)。
您先別急著下結(jié)論。經(jīng)過(guò)橋梁專家的連夜研判，最終確定虎門大橋異常抖動(dòng)的原因是“渦振現(xiàn)象”。渦振會(huì)造成橋梁抖動(dòng)，但橋梁主結(jié)構(gòu)并沒受損，對(duì)橋梁的結(jié)構(gòu)也沒影響。
還別說(shuō)，大橋抖動(dòng)這事兒，還確實(shí)是經(jīng)常發(fā)生的。你是不太關(guān)注新聞吧，其實(shí)前些天武漢鸚鵡洲長(zhǎng)江大橋就抖過(guò)。不信？看下邊的動(dòng)圖就是鸚鵡洲大橋抖動(dòng)的情況。
不過(guò)鸚鵡洲大橋的抖動(dòng)原因是“共振”，和虎門大橋的原因還不太一樣。太專業(yè)的解釋估計(jì)你也懶得聽，我也懶得講?？傊?，橋梁震動(dòng)確實(shí)是正常情況。
你怕是沒見過(guò)，老外的橋抖的比咱還厲害。美國(guó)的塔科馬海峽大橋、日本的東京灣大橋、俄羅斯的伏爾加大橋都有過(guò)抖動(dòng)的情況。非得我拿出證據(jù)你才信是吧？那戳下邊的視頻吧：
視頻加載中...
其實(shí)大橋抖動(dòng)真的是很常見的情況。你想想，那么長(zhǎng)的橋，下邊流著水上邊吹著風(fēng)，還是用斜拉索拉著的，就算是鋼筋鐵骨，怎么可能一動(dòng)不動(dòng)呢。
大橋抖動(dòng)的原因很多是因?yàn)榱黧w力學(xué)上所說(shuō)的“渦激振動(dòng)”現(xiàn)象。所謂渦激振動(dòng)，是指在一定條件下的穩(wěn)定來(lái)流繞過(guò)規(guī)則物體時(shí)，物體兩側(cè)會(huì)周期性地產(chǎn)生脫離其表面的渦旋，也就是所謂的邊界層脫離，這種流體與物體相互作用的現(xiàn)象被稱作“渦激振動(dòng)”。
好吧，那我舉個(gè)簡(jiǎn)單的例子：你找根竹竿把它插到溪水里，溪水流過(guò)竹竿之后就會(huì)產(chǎn)生旋渦，而竹竿也會(huì)發(fā)生晃動(dòng)。竹竿越高，晃動(dòng)得就越厲害。
上邊的例子里，如果你把竹竿想象成大橋，把水流想象成吹過(guò)大橋的風(fēng)，就可以明白為啥大橋會(huì)抖動(dòng)了。
大概可以這么簡(jiǎn)單的理解，但真實(shí)原理可不是風(fēng)吹的這么簡(jiǎn)單。另外，大橋的抖動(dòng)還有一種是鸚鵡洲大橋那樣的共振原因。
用物理學(xué)上的解釋來(lái)說(shuō)，共振是指一個(gè)物理系統(tǒng)在必須特定頻率下，相比其他頻率以更大的振幅做振動(dòng)的情形，而這些特定頻率稱之為共振頻率。
好吧，我們?cè)賮?lái)舉個(gè)簡(jiǎn)單的例子：有一根繩子在正?；蝿?dòng)（如下圖第一種情況）。
你用手握住繩子亂晃，晃動(dòng)頻率和繩子頻率不一樣的時(shí)候，繩子晃動(dòng)可能就會(huì)變輕（振幅變?。褪菆D中的第二種情況。
而如果你手的晃動(dòng)頻率和繩子頻率一致的時(shí)候，繩子的晃動(dòng)的就會(huì)變劇烈（振幅變大），就是圖中的第三種情況。
把繩子想象成大橋，把你的手想象成吹過(guò)大橋的風(fēng)，就可以理解橋和風(fēng)的頻率一致時(shí)導(dǎo)致大橋抖動(dòng)變劇烈的原因了。這就是共振導(dǎo)致大橋抖動(dòng)的情況。
我們上面提到的塔科馬海峽大橋就是因?yàn)轭愃圃蚩逅?。這座橋于1940年7月1日通車，之后只要有輕度或中度的風(fēng)就會(huì)使該橋來(lái)回?cái)[動(dòng)，因此被稱為“舞動(dòng)的格蒂”。1940年11月7日，大橋轟然垮塌。
航天工程學(xué)家馮·卡門通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)了以其名字命名的“卡門渦街”現(xiàn)象，而該現(xiàn)象也正是塔科馬海峽大橋垮塌的真正元兇。從此人類才真正意識(shí)到“卡門渦街”在橋梁設(shè)計(jì)上的重要影響，此后設(shè)計(jì)的橋梁都會(huì)規(guī)避此類問(wèn)題。
所以，請(qǐng)相信科學(xué)，虎門大橋抖動(dòng)的真正原因是“渦激振動(dòng)”。而這種情況在大橋設(shè)計(jì)時(shí)已經(jīng)考慮到了，這樣的抖動(dòng)是正?，F(xiàn)象，不會(huì)影響大橋的安全性。
