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塔科馬海峽吊橋 Tacoma Narrows Bridge

本文发布时间: 2018-Sep-20
本文内容:

塔科馬海峽吊橋(英語:Tacoma Narrows Bridge)是位於美國華盛頓州塔科馬的兩條懸索橋。第一座塔科馬海峽大橋,綽號舞動的格蒂,於1940年7月1日通車,四個月後戲劇性地被微風摧毀,這一幕正好被一支攝影隊拍攝了下來,該橋因此聲名大噪。重建的大橋於1950年通車,被稱為:強壯的格蒂;2007年,新的平行橋通車。
中文名 塔科馬海峽大橋 外文名 Tacoma Narrows Bridge 位置  美國華盛頓州的塔科馬海峽 通車時間 1940年7月1日 坍塌日期 1940年11月7日 坍塌原因 氣彈顫振 新橋通車時間 2007年

昵稱:舞動的格蒂(Galloping Gertie)
主跨:2800英尺(853米)
全長:5000英尺(1524米)
通航凈空:195英尺(59.4米)
通車日期:1940年7月1日
坍塌日期:1940年11月7日
人們希望在這裏建橋的願望可以追溯到1889年為北太平洋鐵路建造棧橋的提議,但20世紀20年代人們才達成一致意見。1923年,塔科馬商業總會開始競選活動並發行債券。一些著名橋梁的工程師,包括金門大橋的總工程師約瑟夫·斯特勞斯(Joseph Strauss)和麥金納大橋的建造者大衛·斯坦曼(David Steinman)被召集商量橋梁的建造方案。斯坦曼提出的幾項商會基金方案1929年得到通過,但在1931年議會決定取消協議,理由是斯坦曼在籌集資金方面“不夠積極”。此外還有一個問題是籌集的資金還要用來買斷一家私營渡輪公司在塔科馬海峽的渡河業務獨家經營權。
塔科馬海峽大橋的建造計劃最終還是在1937年得以繼續,華盛頓州立法機關制定了華盛頓州的橋梁稅並撥款5000美元研究塔科馬市和皮爾斯縣對塔科馬海峽建橋的需求。
從一開始,資金問題就是最大的問題,撥款並不足以支付建橋成本。但是大橋的建設卻得到了美國軍方的大力支持,大橋的建成將大大方便海軍在布雷默頓的造船廠和陸軍在塔科馬的軍事基地的交通。
華盛頓州的工程師克拉克·艾爾德裏奇(Clark Eldridge)提出一個初步計劃,橋梁必須通過嚴格的實驗並使用常規設計,資金則由聯邦政府公共工程管理處(PWA)撥款一千一百萬美元。但是來自紐約的工程師萊昂·莫伊塞夫(Leon Moisseiff)上書聯邦政府公共工程管理處,認為他可以花更少的錢建橋。
原先的建設規劃要求將25英尺深(7.6米)的鋼梁打入下方的路面使之硬化。莫伊塞夫——著名的金門大橋的受尊敬的設計師和顧問工程師,建議采用8英尺(2.4米)深的淺支持梁。他的方案使鋼梁變窄,並且使大橋更優雅,更具觀賞性,同時也降低到建造成本。最終莫伊塞夫的設計方案勝出。1938年6月23日,聯邦政府公共工程管理處批準了600多萬美元的撥款用來建造塔科馬海峽大橋。另外160萬美元將通過收稅籌集,最終的建造成本為800萬美元。
使用淺支撐梁的決定最終在不久的將來被證明是造成橋梁坍塌的重要原因。8英尺(2.42米)的支撐梁並不足以使路基擁有足夠的剛度,從而使大橋經不住風的侵襲。從一開始,大橋的振動就使之聲名狼藉。輕度至中度的風就可以導致大橋來回搖擺,中心的擺動可達每4到5秒幾英尺。因此大橋被當地居民起綽號叫“舞動的格蒂”。司機在橋上行駛可以明顯感覺到橋的擺動。

大橋被風吹垮發生於美國太平洋時間1940年11月7日上午11時,原因是氣彈顫振。
大橋被風扭曲和坍塌
裏奧納德·科茨沃斯(Leonard Coatsworth)在橋梁坍塌事故發生時成功地逃離,以下是他的報告:“當我剛駕車駛過塔橋時,大橋開始來回劇烈晃動。當我意識到時,大橋已經嚴重傾斜,我失去了對車的控制。此時我馬上剎車並棄車逃離。我耳邊充斥著混凝土撕裂的聲音。而汽車在路面上來回滑動。大部分的時候我靠手和膝蓋爬行,我爬到500碼(450米)外的大橋塔樓我呼吸急促,膝蓋都磨破流血了,雙手上滿是瘀傷。最後我使出最後的力氣跳到了安全地帶,在收費口回頭望去,我看到大橋徹底被摧毀的一幕,我的車也隨著大橋一起墜入了海峽。”
幸運的是在大橋坍塌事故中沒有人失去生命。世界著名空氣動力學家,古根海姆航空實驗室主任西奧多·馮·卡曼(Theodore von Kármán)是事故調查組成員,他在報告中指出:華盛頓州沒有為大橋籌集到足夠的錢,因為代理商以欺詐手段貪汙了部分款項。代理商哈雷特·法蘭奇(Hallett French)以盜竊罪被指控。
1940年11月28日,美國海軍水文辦公室報告說,大橋殘骸位於北緯47 °16',西經122 °33',水深180英尺(55米)處。
原因
大橋由堅硬的碳鋼和混凝土建成的。原先的設計是在路基下使用格狀桁架梁。這將是第一座以板狀鋼梁作為支撐的大橋。按照原先的設計,風只會直接通過桁架,但新的設計將風轉移到了橋面上下兩端。大橋在1940年6月底建成後不久(通車於1940年7月1日),人們就發現大橋在微風的吹拂下會出現晃動甚至扭曲變形的情況。這種共振是橫向的,沿著橋面的扭曲,橋面的一端上升,另一端下降。司機在橋上駕車時可以見到另一端的汽車隨著橋面的扭動一會兒消失一會兒又出現的奇觀。因為這種現象的存在,當地人幽默地將大橋稱為“舞動的格蒂”。然而,人們仍然認為橋梁的結構強度足以支撐大橋。
蛇形共振
大橋的倒塌發生在一個此前從未見過的扭曲形式發生後,當時的風速大約為每小時40英裏。這就是力學上的扭轉變形,中心不動,兩邊因有扭矩而扭曲,並不斷振動。這種振動是由於空氣彈性顫振引起的。顫振的出現使風對橋的影響越來越大,最終橋梁結構像麻花一樣徹底扭曲了。在塔科馬海峽大橋坍塌事件中,風能最終戰勝了鋼的撓曲變形,使鋼梁發生斷裂。拉起大橋的鋼纜斷裂後使橋面受到的支持力減小並加重了橋面的重量。隨著越來越多的鋼纜斷裂,最終橋面承受不住重量而徹底倒塌了。
塔科馬海峽大橋的坍塌使得空氣動力學和共振實驗成為了建築工程學的必修課。這裏的共振和受迫共振(由周期運動引發的,如步伐整齊的一隊士兵渡橋)不同。在該案例中沒有周期性擾動。當時風速穩定在每小時42英裏(67公裏/小時),頻率0.2赫茲。這樣的風速本應對大橋夠不成威脅。因此此次事件只能被理解為空氣動力學和結構分析不嚴密所致,以後所有的橋梁,無論是整體還是局部,都必須通過嚴格的數學分析和風洞測試。
1943年,紐約市一座類似的大橋——白石大橋,加裝了一個14英尺的華倫式桁架和傾斜支柱以減少橋面的振動。2001年,華倫式桁架被拆除,取而代之的是液壓阻尼器。
視頻
大橋最終坍塌的畫面被當地照相館的老板巴尼·埃利奧特(Barney Elliott)拍攝了下來。1998年,塔科馬海峽大橋的坍塌視頻被美國國會圖書館選定保存在美國國家電影登記處,這段震撼人心的視頻被譽為“在文化、歷史和審美學方面有著重要意義”。這段珍貴的電影膠片仍然對學習工程學、建築學和物理學的學生起著警示的作用。
殘骸保護
沈沒的大橋殘骸編號92001068,被登記在國家歷史地點記錄冊中。水下的殘骸已經作為一座人工礁石被保護起來。

現狀
公路:華盛頓州16號幹線
地點:塔科馬海峽(Tacoma Narrows)
連接:塔科馬(Tacoma)至吉格港(Gig Harbor)
昵稱:強健的格蒂(Sturdy Gertie)
橋梁形式:雙懸索橋
主跨:2800英尺(853米)
全長:5979英尺(1822米)
通航凈空:187.5英尺( 57.15米)
通車日期:1950年10月14日(西行);2007年7月15日(東行)
收費:3美元(東行)
西行橋
西行橋以開放的桁架和加固的支柱設計並重建,並且開設通風孔讓風通過。它於1950年10月14日通車,全長5979英尺(1822米)——比原先的橋長40英尺(12米)。它和與之平行的東行橋共同組成了美國第五長的懸索橋。因為造成前橋坍塌的共振問題已經被新設計所解決,所以當地居民給予了大橋新的綽號——“強健的格蒂”。當西行橋剛造好時,它是世界第三大懸索橋。像其它現代懸索橋一樣,西行橋由尖銳的鋼板而不是原先平邊鋼板建成。大橋的設計日車流量為6萬輛次。建成後,它東西兩向同時通車,直到東行橋於2007年7月15日正式通車。
東行橋
1998年,華盛頓州幾個縣的選民通過了一項議案,決定建造一座新的大橋。2007新的大橋將是一座東行橋,與原先的大橋平行,2002年10月4日開工,2007年7月竣工,建成後,原先的大橋將只作為西行橋使用。華盛頓州交通部收取每車次3美元過橋費以收回建造成本。而原先的西行橋從1965年起就免收過橋費,未來也將如此。新的大橋也第一次安裝了新型“Good To Go”電子收費系統。


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2019-Apr-16 12:00am
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