是什么导致了虎门大桥振动，卡门涡街？
是什么导致了虎门大桥振动 ， 卡门涡街？2020年05月07日 11:34:53来源：学术头条0人参与0评论
据广东省公安厅交管局的消息 ， 2020年5月5日下午3点30分左右 ， 由于风速大 ， 虎门大桥出现摇晃 ， 为确保安全 ， 虎门大桥现已封桥 ， 不能通行 。目前 ， 大量车辆涌入虎门威远 ， 虎门交警已调派大量警力在现场指挥疏导交通 ， 分流车辆向莞佛高速、沿江高速行驶 。专家组初步判断 ， 虎门大桥悬索桥本次振动的主要原因是：沿桥跨边护栏连续设置水马 ， 改变了钢箱梁的气动外形 ， 在特定风环境条件下 ， 产生了桥梁涡振现象 。网友拍摄视频：
据网友和新闻说当时风速很大 ， 是风导致卡门涡街振动 。 那么什么是卡门涡街 ， 它有什么样子的危害呢？卡门涡街发现者
冯·卡门(Theodore von Kármán 1881~1963)1881年5月11日生于匈牙利布达佩斯1963年5月6日卒于德国亚琛美籍匈牙利力学家近代力学的奠基人之一是钱学森、钱伟长、郭永怀和林家翘的导师美国华盛顿州的Tacoma Narrow桥 ， 于1940年7月建成 ， 全长：1810.2米 ， 最大跨度：853.4米 。 是当时世界上最长的悬索大桥 。 1940年11月7日在42英里/小时（相当于20m/s）风速的作用下 ， 导致桥面折断坠落到峡谷中 。 大家来看看发生了什么吧 。 Question：Tacoma Narrow桥的桥面是水平的 ， 风也是水平吹过来的 ， 为什么会发生上述扭转的摆动 ， 导致最后桥的坍塌呢？Answer：由于在风的作用下产生的卡门涡街 ， 涡作用以后使得桥面周期性出现上下的作用力 。
如上图所示 ， 把桥作为一个横断面 ， 风沿着水平方向吹过来 ， 为什么却出现了扭转摆动的情况？实际上 ， 这是由于在桥面的上流线经过的过程中横断面上边产生了一个涡 ， 这个涡离开以后 ， 另一边又产生了一个涡 ， 这些涡上下交替出现 ， 使得桥不断的摆动 ， 并且摆的幅度越来越大 ， 当和桥的共振频率、扭转频率一致时 ， 桥就会出现扭转摆动的情况 。 这就是著名的卡门涡街 。卡门涡街定义
卡门涡街是流体力学中重要的现象 ， 在自然界中常可遇到 。 在一定条件下的定常来流绕过某些物体时 ， 物体两侧会周期性地脱落出旋转方向相反排列规则的双列线涡 ， 经过非线性作用后 ， 形成卡门涡街 ， 如水流过桥墩 ， 风吹过高层楼厦、电视塔捆囱、电线等都部会形成卡门涡街 。 卡门涡街的图片十分漂亮 ， 有时可当作为艺术品来欣赏 。举个例子 ， 下图一个轴对称的圆形物体受到风的作用 ， 如果风的速度小于某个值 ， 它的流线如下图(a)所示；随着流速的增大在它的尾部出现了一个气流的涡旋（如下图(b)） ， 这个涡旋会脱落 ， 每次脱落的时候它都会交替的出现 ， 尾部的涡在脱落的过程造成的负压力出现周期性的变化 ， 最后出现下图(d)(e)的情况 。
其实生活中常用的工具就能观察到卡门涡街 ， 只需要一个吹风机和一个小纸条就能够做到（详细演示可见视频） ， 步骤如下：① 首先 ， 把小纸条在无风处竖直放置 ， 观察到纸片是静止的 。② 然后 ， 将吹风机调至低风速档 ， 将纸片放在吹风机下面 ， 风从纸片正上方往下吹 ， 先将纸片放离吹风口远一点的位置 ， 纸片还是基本静止的；慢慢靠近风口 ， 由于实验存在误差 ， 纸片会有一点微小的摆动 ， 但是纸片的振幅不会太大 。 由此可以观察到当风速比较低时 ， 纸片基本上还是静止的 。③ 最后 ， 把吹风机打到高风速挡 ， 这个时候可以观察到纸片中部振幅波动大 ， 后头尾巴会明显摆出 ， 这也就是卡门涡街 。
如图卫星拍摄到的大气中的卡门涡街
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