Hva skjer med en bro når det er vindskjær?

Hva skjer med en bro når det er vindskjær?


I november 1940 tok en stiv kuling ned tusenvis av tonn med betong og stål. Tacoma Narrows Bridge, som strekker seg over en del av Puget Sound i Washington state, hadde blitt gjennomført i juli samme år. Vindskjær-indusert vibrasjoner bygget opp i bro, slik at den undulate synlig. I vinder 40 mph, vibrasjonene ristet broen fra hverandre.

Wind Shear og resonans

Når vinden strømmer horisontalt i rett vinkel til en broens lengde, deler den når den støter på broen, som strømmer over og under det. Vindskjær er en endring av vindhastighet med høyde. Den produserer vridningskrefter langs lengden av broen. En feil utformet broen vil resonere, samler vibrasjonsenergi til det svikter.

Vibrasjoner og Tension

Jo mer spenning en gitarist setter på en snor, jo raskere det vibrerer. Denne effekten gjelder også broer. Jo raskere vibrasjon, jo mer energi det tar å gjøre det vibrere. En bro under en stor mengde spenning ikke vil vibrere i en hvilken som helst rimelig vind; sin spenningen er for høy. Tacoma Narrows Bridge hadde en svært lav vekt, 5.700 pounds per lineær fot, mot 30.000 for sammenlignbare broer. Den lave vekten ga det lav spenning, som gjorde sin vibrasjonsfrekvens lav, og en mild bris ville sette den i bevegelse.

Trøtthet og Lukk

Tacoma Narrows Bridge ikke kollapse med en gang. Ingeniører observert sin vibrerende atferd og forsøkt å rette den, men var ikke vellykket. De spenninger i svaiende bro utmattet dets metall- og betong bærere i flere måneder, og til slutt fører til kollaps.

Gjenoppbygging

Broen ble bygget ti år senere etter omfattende redesign arbeid og testing med skalamodeller. Den nye brua hadde en tyngre og bredere struktur og hydrauliske dempere for å absorbere vibrasjoner. Det har vært i tjeneste siden 1950 og har ikke hatt noen problemer med vind vibrasjoner.