作者GNRR (GNRR)
看板Road
标题Re: [其他] 会摇晃的桥
时间Tue Apr 8 01:38:35 2008
※ 引述《upyours2 (好多好多要学)》之铭言：
: 据旁边的说明，这是1940年在美国建的桥梁
: 叫做Tacoma Narrows Bridge，因为会一直摇晃所以又别称Gallopin' Gertie
: 後来在强风吹袭之下垮了...离完工还不到四个月...
: https://www.youtube.com/watch?v=j-zczJXSxnw&feature=related
: 还好现在没有这种桥了
我试着用比较简单白话的讲法来解释 这一个桥梁工程史上被鞭经典的现象...
流体通过沈体(白话一点 也就是风吹过那座桥)的时候
会在沈体的尾端产生不对称的涡列
画成示意图是像这样(side view)
→
→ ↗ ＠ ＠ ＠ ＠
→ █↑↓
→ ↘＠ ＠ ＠ ＠ ＠
→
→: free stream 自由流体 (可以是风 也可以是水)
█↑↓: 沈体(桥)上下振动
↗↘: separate point 流体分离点 (通常产生在锐缘)
＠:vortex 涡流
＠ ＠ ＠ ＠ ＠ :vortex street涡列(一排涡流就叫涡列了
越後面的涡流尺度越大)
由於涡流的不对称分离
导致沈体上下方产生压力差
微观一点来看
其实沈体(█↑↓)是在上下振动的
其实这种例子很常见
当风吹过挂在竿子上的国旗的时候
国旗会左右摆动
就是因为涡流的不对称分离产生压力差
画成示意图是像这样 top view
→
→ ↗ ＠ ＠ ＠ ＠
→ ●～
→ ↘＠ ＠ ＠ ＠ ＠
→
～: 左右摆动的国旗
其振动的频率f 与自由流体的流速U 及沈体特徵长度L
产生一个着名的无因次常数
-史卓赫数Strouhal number St= f‧L/U
Strouhal number是用来分析振动、不稳定的流场的一种无因次值...
有点扯远了... 我们回到沈体在上下振动
每一个长长的东西 都会有一个比较低的自然频率
就像单摆一样 长长的桥也是
当强迫振动的频率与自然频率相同的时候 我们称之为 共振
所以当风吹过桥时
由於涡流的不对称分离 产生强迫振动 的频率
与桥的 自然频率 相同 的时候
自然产生 共振
不断的共振效应下
能量被桥的二端锁住(lock in) 无法传递出去
不断累积
然後 桥只好断掉
ps1: 我只是把流体力学老师讲的话翻成白话文
ps2: 我认为不需要风洞实验就可以避免这种现象
因为要产生这种共振又lock in 的例子 真是需要各种因素的配合
你想在风洞中故意作一个这种桥 都不一定做得出来
所以: 我很久以前就认识Tacoma Narrows Bridge了
但打从心里觉得 Tacoma Narrows Bridge 会断掉
纯粹就是因为运气太差了
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※ 发信站: 批踢踢实业坊(ptt.cc)
◆ From: 122.127.176.150
1F：推 mdog0213:好难 不过你很专业 04/08 02:20
※ 编辑: GNRR 来自: 122.127.176.150 (04/08 02:40)
2F：推 buenopierre:能够讲得让普通人都懂的老师 就是好老师 你是个好老师 04/08 09:44
3F：推 JCC:那现在的桥不会断的原因除了运气好外 结构上加强了哪些呢 04/08 10:01
4F：推 upyours2:推专业! 04/08 10:43
5F：→ GNRR:除了那种很长跨径的吊桥 一般桥梁尺度很难达到那种 04/08 15:33
6F：→ GNRR:产生强迫振动的频率与自然频率相同的细长比 04/08 15:35
7F：→ GNRR:不过如果产生 lock in 了 基本上结构再强总有一天也会摇垮的 04/08 15:36
8F：→ GNRR:所以简单来说从St= f‧L/U来看 当风速很强时 St会趋於定值 04/08 15:42
9F：→ GNRR:我们设计桥梁是决定特徵尺度L 模拟风场速度U=> 可决定 04/08 15:44
10F：→ GNRR:强迫振动的频率f 自然频率也是设计桥梁尺度可以决定的 04/08 15:45
11F：→ GNRR:简单来说 只要不要让二者产生共振就可以避免了 04/08 15:46
12F：→ GNRR:所以大自然的神秘力量我们最好去闪避它 不是去对抗它 04/08 15:51