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俄伏尔加河大桥为什么发生剧烈晃动而没有坍塌

已有 10450 次阅读 2010-6-17 00:58 |个人分类:科技八卦|系统分类:科研笔记| 卡门涡街, 坍塌, 伏尔加河大桥, 晃动, 机翼效应

最近一则广泛传播的新闻报道,俄罗斯伏尔加格勒的伏尔加河大桥晃动如波浪,上下幅度可达一米。但是大桥振动停止后,专家检查了桥梁各处道路和围栏等,发现桥梁并无裂纹也无损伤。对此,国内机械行业的朋友对此作了一些技术上讨论,制造业观察网站特别整理出来,以回答技术上的疑惑,并不是什么神秘现象。
【视频:实拍俄伏尔加河大桥离奇晃动】
http://news.qq.com/a/20100522/000569.htm


剧烈晃动成因
比较可信的原因是“卡门涡街”引发的共振,塔科玛桥风毁事故和这次的俄伏尔加河大桥类似,人们对塔科玛桥的风毁事故的原因进行了研究。一开始,就有二种不同的意见在进行争论。—部份航空工程师认为塔科玛桥的振动类似于机翼的颤振;而以冯卡门为代表的流体力学家认为,塔科玛桥的主梁有着钝头的H型断面,和流线型的机翼不同,存在着明显的涡旋脱落,应该用涡激共振机理来解释。冯•卡门1954年在《空气动力学的发展》一书中写道:塔科玛海峡大桥的毁坏,是由周期性旋涡的共振引起的。设计的人想建造一个较便宜的结构,采用了平钣来代替桁架作为边墙。不幸,这些平钣引起了涡旋的发放,使桥身开始扭转振动。这一大桥的破坏现象,是振动与涡旋发放发生共振而引起的。20世纪60年代,经过计算和实验,证明了冯•卡门的分折是正确的。塔科玛桥的风毁事故,是一定流速的流体流经边墙时,产生了卡门涡街;卡门涡街后涡的交替发放,会在物体上产生垂直于流动方向的交变侧向力,迫使桥梁产生振动,当发放频率与桥梁结构的固有频率相耦合时,就会发生共振,造成破坏。
也有网友认为是由所谓的‘机翼效应’引起的,上个世纪40年代就基本解决了计算问题,但遗留的问题是风场的不确定问题,即以前没见过的风,已经没有什么神秘的东西了。


为什么没有被破坏
没有破坏的原因非常多:
1、看似剧烈摇摆,但总体变形没有超过设计许可,结构不会破坏。
2、采用所谓‘柔性铰’技术,可以有很大的变形许可,你看似波涛翻滚,但结构一点都没有问题。
3、视频中显示桥面厚度变化,不一定是桥面厚度真的变化,而可能是空气密度不均导致光线产生折射,只是显示厚度差异,实际上并未变化;如同夏日在柏油马路上开车,远处路面显示抖动一个道理。

延伸阅读:
塔科玛桥风毁事故
http://v.ku6.com/show/lTWhvw0pqzL6XLkA.html
什么是卡门涡街(Karman Vortex Street)
http://baike.baidu.com/view/569268.htm
伏尔加河大桥震动原因【讨论】
http://bbs.cmiw.cn/viewthread.php?tid=157238


本文来自制造业观察网站: http://www.zhizao.org/archives/516.html



https://blog.sciencenet.cn/blog-1750-336146.html

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