塔科馬海峽吊橋是位于美國華盛頓州塔科馬的兩條懸索橋,整座大橋前後總投資800萬美元,它在1940年7月舉行了盛大的通車儀式,僅僅4個月之後,塔科馬海峽大橋卻坍塌了!塔科馬海峽吊橋的坍塌是工程學曆史的悲劇,也是蝴蝶扇動翅膀地球打轉的非典型例子。令人匪夷所思的是,橋梁的設計師是業界精英,曾先後參與各著名大橋的建造。建築工人也兢兢業業,絕不存在偷工減料違規造假。
在通車之前,大橋就已經出現遇風搖晃的情況,這吸引了不少民衆專門驅車來一探究竟。當時,人們對這種狹長的橋梁設計找不出可以指責的地方,認爲橋梁具有一定的承載能力就足以安全了,設計師們認爲這種波動不會引起嚴重後果,並誤信結構上是安全的。人們怎麽也不會想到,一場大的災難正在等著他們。
1940年11月7日上午,風似乎比以往更要喧囂一些。當時的風速大約爲每小時40英裏,大橋的倒塌發生在一個此前從未見過的扭曲形式發生後,120多米的大橋主體轟然墜入塔科馬海峽,激起了一大片煙塵。這是因爲氣體發生了彈性震顫,簡單來說就是風使物體發生形變,這個形變會引發更大的形變,而這足以沖破物體的剛性臨界點,毀壞物體。
萬幸的是,這次事件沒有造成人命傷亡,但導致一只狗死亡,華盛頓州政府特爲此而設立專案調查組。大橋的施工質量是無可挑剔的:使用了高質量的板型鋼材及性能穩定的水泥,整個施工過程被嚴格監督。但卻忽略了一個重要的問題:由于風力帶來的共振和扭力。
風對橋梁的受力作用是一個十分複雜的現象,它受到風的特性、結構的動力特性和風與結構的相互作用三個方面的制約。大跨度橋梁,尤其是對風較爲敏感的大跨度懸索橋和斜拉橋,除需要考慮靜風荷載的作用之外,更主要考慮風對結構的動力作用。如果在建造吊橋的時候沒有把這些因素考慮進去,或者考慮不充分,將會帶來不可挽回的後果。
經過初步調查研究,調查小組發現大橋在設計上存在不可忽視的缺陷。塔科馬大橋主跨長853.4米,橋寬卻只有11.9米,不僅橋面過于狹窄,只有2.4米高的鋼梁也無法使橋身産生足夠的剛度。
2007年,新的平行橋通車,行車線由兩條增至四條,是現今全美國第五長的懸索橋。塔科馬海峽大橋倒塌的典型事故引起當時世界上各地對吊橋安全的警惕,之後建造的橋梁也由此都得進行風洞測試。很多橋梁設計師都吸取了教訓,爲了解決風振,首先要避免由于橋梁結構所累積的風力振動,而不是通過加強主梁或橋體的強度來抵抗風力。人類文明的進程總是在不斷試錯中發展的,話雖如此,對于建築來說,良心才是最好的設計,每一個細節的忽視都可能引來大禍。