塔科马海峡大桥坍塌之谜——流体力学的魅力浅说

和理念的巨大影响）。
柱 面压 力 波 动 之 谜 ：卡 门涡 街 的 发 现
人 们 会 问 ：卡 门 涡 街 是 怎 样 发 现 的 ？时 光 得 倒 转
到 ９ 年之前 。 ８
爬 出支离破碎 的桥面 ，返 回岸边 。
那 么 ，塔 科 马 海 峡 大 桥 坍 塌 的 罪 魁 祸 首 何 在 ？一 时 众 说 纷 纭 ， 成 了不 解 之 谜 ，解 谜 的 责 任 历 史 地 落 到
了 空 气 动 力 学 家 冯 ・ 门 的身 上 。 卡
１ １ 年 ， 冯 ・ 门还 是 哥 廷 根 大 学 的一 位 初 出 茅 ９１ 卡 庐 的 编 外 讲 师 。此 前 三 年 ， 他 在 普 朗特 指 导 下 完 成 了 塑 性 力 学 方 面 的博 士 论 文 ，开 始在 力 学领 域 纵横 驰 骋 。 冯 ・ 门 知道 普 朗特 及 其 学 生 对 旋 涡 流 动 颇 感 兴 卡 趣 ， 但 他 踏 入 这 一 研 究领 域 纯 粹 事 出偶 然 。 当 时 ， 一 位 勤 勉 的 学 生 希 门茨 正 按 导 师 普 朗特 的指 导 ，进 行 匀 速 水 流 中 圆 柱 体 表 面 的压 力 测 量 。糟 糕 的 是 ，希 门 茨 发 现 ，测 得 的压 力 总 有 波 动 ， 不 管 做 得 怎 样 细 致 ， 水
公 里 ／小 时 ） ， 亦 即 ， 大 桥 处 于 风 速 为 ｌ． — ８ ６米 ７ ８ １． ／ 的八 级 “ 风 （ ａ ）” ， 有 “ 娣 舞 动 ” 象 ， 秒 大 ｇｌ ｅ 中 虽 裘 现 但 似 乎 没 有 任 何 危 险 的前 兆 ； 几 分 钟 后 ，情 况 突变 ， 桥 面 的有 节 奏 的起 伏 （ 下 振 动 ）变 成 激 烈 的 扭 转 翻 上 滚 （ 振 ），观 察人 员 报 告 ，大桥 快 要 “ 个 儿 ”了 ， 扭 翻 管 理 者 马 上 下 达 禁 止 通 行 令 。 再 过 几 分 钟 ，大 桥 更 加 剧 烈 地 歪 扭 、翻 腾 ， 左 右 桥 侧 的落 差 达 １ 米 ， 桥 基 ７
给 报 销 了 。他 立 即 向华 盛 顿 州 州 长 发 去 电报 ，告 诉 他 ， 假 如 依 样 画 葫芦 地 再 建 新 桥 ， 新 桥 也 会 依 样 画 葫芦 地 倒 塌 ！为 了推 动 对 问题 的讨 论 ，他 马 上 在 《 程 新 闻 工 记 录 》 上 发 表 短 文 ， 讲 述 大 桥 失稳 的 原 因 。一 个 月后 他 专 程 参 加 了事 故 调 查 小 组 ，组 长 是 桥 梁 设 计 师 ，另 外 二 位 组 员 是 土 木 工 程 师 ，他 是 唯 一 的 力 学 家 。 当 时 的 桥 梁 工 程 界 对 空 气 动 力 学 基 本 上 一 窍 不 通 。为 了 说服 他 们 相 信 他 的 结 论 ，冯 ・ 门 让 他 的 助 卡
冯 － 门 揭 开 ” 的雅 号 ，工 程 师 曾用 粗 钢 缆 加 固 ，仍 无 济 于 事 。 出 事 之 前 的 十 点 钟 ， 风 速 是 ６ 公 里 ／小 时 （ 说 ６ ４ 一 ７
手 Ｌ 邓恩 （ ． 他后 来 的接班 人 ）做 了大 量更精 细 的桥
模 的 风 洞 实 验 ，Ｄ 兰 尼 教授 做 了 理 论 分 析 ， 理 论 结 果 ． 与 实 验 结 果 吻 合 ！接 着 ，他 花 了 九 牛 二 虎 之 力 说 服 了 桥 梁 工 程 界 的 冥顽 不 化 的工 程 Ｎ ＇ 。在 调 查 总 结 会上 ， ｆ ｒ ］ 大 家 心 悦 诚 服 地 接 受 了冯 ・ 门 的 见 解 ，普 遍 承 认 了 卡
灾难 的起 因，认可 了空气动力学研究对 桥梁工程 的极
端 重 要 性 （ 看 现 今 同 济 大 学 桥 梁 系 的先 进 风 洞 以及 看 为 各 座 待 建 大 桥 所 做 的 预研 ： 黄 浦 江 上 所 有 大 桥 模 型 都 在 风 洞 里 吹 过 ， 目前 ，未 经 空 气 动 力 学 试 验 的 大 桥
这 一 事 件 在 美 国 民众 中激 起 了轩 然 大 波 ，政 府 立 即 着 手 调 查 。 来 ， 建造 过 程 中 ， 桥 就 显 现 了 问题 原 在 此 从 通 车 之 日 开 始 ，人 们 就 发 现 ， 即 使 在 １４ ２ ０米 ／ ．－． 秒 的 二 级 “ 风 （ ｅｔ ｒｅｅ ” 中 ， 桥 面 就 有 波 轻 Ｇ ｎｌ Ｂ ｅｚ ） ｅ 幅 达 １２米 的起 伏 ；风 稍 大 些 ，起 伏 更 甚 ， 驾 车 过 桥 ． 时 司 机 都 感 到 眩 晕 。塔 科 马 大 桥 很 快 得 到 了 “ 动 的 舞
Ｉ Ｉ Ｄ Ａ ｕ ｃ ｌ ｓ特 专 Ｎ Ｔ Ｎ ｓ Ｒ Ｔ』约 稿 ＶＥＭ Ｐ
盛 顿大学 的法库哈森 教授 （ 塔科 马大桥动态性质 研究
者 ）摄 下 了 大 桥 坍 塌 的 珍 贵 的 视 频 镜 头 （ ｈｔ［ ／ 见 ｔ］ ｐ ／
ｂｏ ．ｈ ． ｕｅｕｃ／ ｄｉ ５ ６ ８ ｔ 附件 ） 。 ｌｇ ｅｕｓ ． ． ｓ ａ Ａ ８ ７ ．ｍｌ １ ｈ ｄ ｎｑ ／ ｈ
拿 不 到 “ 生 证 ” ，你 由此 可 以 了解 冯 ・ 门 的 成 果 准 卡
左 右摆 动 达 ４ ５度 ！挣扎 了一 个 小时后 ，路 灯灯 柱首
先 倒 下 ，大 桥 中 面 猛 然 拱 起 ，桁 架 、 桥 面 开 始 散 架 ， 再 过 十 分 钟 ，一 声 轰 然 巨响 ，大 桥 中跨 一 头 栽 进 海 底 ， 在 猛 烈 的振 动 中 ， 边 跨 在 激 烈 抽 动 后 ， 也 沉 入 海 底 ， 正 在 摄 影 的法 库 哈森 教授 摔 倒在 地 ，爬 起 来狼 狈 逃 窜 ，