塔科马海峡吊桥坍塌事故的警醒与教训

塔科马海峡吊桥（英语：Tacoma Narrows Bridge）是位于美国华盛顿州塔科马的两条悬索桥，也是华盛顿州16号干线的一部分。每桥长1.6公里，横跨塔科马海峡。第一条桥于1940年首度通车，但不到五个月便倒塌，其后重建及另建的新桥分别于1950年及2007年启用。第一条桥倒塌的原因，是因为其桥面厚度不足，在受到强风的吹袭下引起卡门涡街，使桥身摆动；当卡门涡街的振动频率和吊桥自身的固有频率相同时，引起吊桥剧烈共振而崩塌，这次事件成为研究空气动力学卡门涡街引起建筑物共振破坏力的活教材，也被记载为20世纪最严重的工程设计错误之一。

第一代桥于1938年开始建造，当时桥梁设计共有两个方案，第一个方案由克拉克·埃德里奇（Clark Eldridge）提出，他要求将25英尺深（7.6米）的钢梁打入下方的路面使之硬化，路基下使用格状桁架梁，按照原先的设计，风只会直接通过桁架，而另一个方案则由著名的金门大桥设计师之一里昂·莫伊塞弗（Leon Moisseiff）所提出，他为了减低造价，把桥面设计的厚度从25英尺深的格状桁架梁变成仅有8英尺（2.4米）深的浅支持梁，他的方案使钢梁厚度变窄，并且使大桥更优雅，更具观赏性，使建设成本从1千1百万美元降至8百万美元，当时在以经济为大前提下，莫伊塞弗的方案获得采纳，但这种新的设计反而把风转移到了桥面上下两端。

该桥于1940年7月1日通车，但在启用后数个星期，桥面便开始出现上下摆动。有鉴及此，有关人员在支柱上安装摄录机，以便观测摆动。同时也吸引了不少驾车人士慕名而来，感受其振荡威力的刺激，一些大风的日子，其桥面摆动幅度甚至可达五英尺之多，这种共振是横向的，沿着桥面的扭曲，桥面的一端上升，另一端下降。司机在桥上驾车时可以见到另一端的汽车随着桥面的扭动一会儿消失一会儿又出现的奇观。因为这种现象的存在，当地人幽默地将大桥称为“舞动的格蒂”（Galloping Gertie）

（1940年7月1日的通车庆典）

其后桥面的波动幅度不断增加，工程人员尝试加建缆索及液压缓冲装置去试图减低波动，但不成功。在持续数个月的摆动之下，桥梁最终于同年11月7日倒塌，其过程获得全程记录。当天早上，桥面的上下摆动突然停止，取而代之的是出现左右的扭力摆动，当时有两人被困在桥上，后来也成功逃离现场，然后桥面在数分钟内陆续崩塌。

（由于卡门涡街的影响，桥身出现极具破坏性的左右扭动共振）

（同年四个月之后，也就是11月7日的坍塌事故）

华盛顿州政府并未获得保险公司的赔偿，据西奥多·冯·卡门透露，这是因为之前本该付给保险公司的保险费全为保险经纪所侵吞。

这次事件没有造成人命伤亡（但导致一只狗死亡），华盛顿州政府特为此而设立专案调查组，经过美国空气动力学家西奥多·冯·卡门在加州理工学院风洞进行模型测试，证明塔科马海峡吊桥倒塌事件的元凶，是卡门涡街引起吊桥共振。原设计为了求美观及省钱，使用过轻的物料，造成其发生共振的破坏频率，与卡门涡街接近，从而随强风而剧烈摆动，导致吊桥崩塌。此后，新的吊桥设计必须经过风洞模型实验。新桥梁的道床厚度增至10米，并在路面上加入气孔，使空气可在路面上穿越，防止卡门涡街的产生。

（卡门涡街的空气扰流方式）

（美国太空总署拍摄的智利海岸的卡门涡街）

新桥于1950年10月14日启用，行车线由两条增至四条，在2002年加建东行线新桥前，该桥是双向行车的，至2007年新桥通车后改为西行，1998年，有关当局获批准，在原有桥梁东面旁加建一条新桥为（东行），是塔科马海峡第三条兴建的悬索桥，工程于2002年10月4日开始动工，并于2007年7月15日通车，是现今全美国第五长的双子悬索桥以及世界上主跨最大的双子桥（2799英尺），当地人也把新桥成为“强健的格蒂”（Sturdy Gertie），而沉没的大桥残骸编号92001068，被登记在国家历史地点记录册中。水下的残骸现在已经作为一座人工礁石被保护起来。

而大桥最终坍塌的画面被当地照相馆的老板巴尼·埃利奥特（Barney Elliott）拍摄了下来。1998年，塔科马海峡大桥的坍塌视频被美国国会图书馆选定保存在美国国家电影登记处，这段震撼人心的视频被誉为“在文化、历史和审美学方面有着重要意义”。这段珍贵的电影胶片目前仍然对学习工程学、建筑学和物理学的学生起着警示的作用。