作者:晋楠 来源:科学网 www.sciencenet.cn 发布时间:2017/11/13 22:53:30
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多少人会让一座桥晃荡

人群勾搭就会让大桥晃动。图片来源:Facundo Arrizabalaga/Epa

人们在过桥时希望桥保持水平,但足够多的行人会让一座桥摇晃。2000年,在伦敦千禧桥第一次开放时便发生了这样的情况。当数千名行人穿过泰晤士河时,这座井然有序的悬索桥危险地摇晃,迫使它被关闭,带来数百万英镑的修葺费用。

美国亚特兰大佐治亚州立大学的Igor Belykh说,钢铁千禧桥的摇摆是由于行人的脚步与桥的自然频率相一致产生的结果。每座桥基于其长度、宽度和材料都有一个自然的频率,Belykh创建了一个模型,展示了需要多少人穿过一座桥从而让它摇晃。

想象一下你在荡秋千,并试图通过来回移动身体让秋千上升。如果你晃动太快或太慢,那么什么作用都起不到。但在适当的时间间隔移动双腿却会让秋千荡起来。同样的道理也适用于那些以一定速度在桥上行走的人。如果一群人的脚步与桥的频率相匹配,那么它也会开始摇摆。

过去人们认为,人群越大,晃动就越大。但Belykh的模型显示,这不仅仅是同步的脚步产生摇摆。相反,这是一个数字游戏。一旦人群达到临界规模,他们脚下的桥就会摇晃。

“我们正在设法准确地描述一座桥一次性可以通过人数的魔法数字。”他说。在达到这个关键阈值之前,桥上的任何晃动(比如风)都太小了因而无法感觉到。但当适宜的人数同时在一座桥上行走时,摇晃次数就会有明显的跃升。

一旦这种情况发生,人们都会采取措施让自己稳定,这会使一座桥变得更加晃动。Belykh说,人们会调整他们的自然步态来抵消这种晃动,即保持直立。

德国马尔堡大学的Bruno Eckhardt说,Belykh的研究仍然缺失一个关键的因素:计算机模拟和数学模型。

“在任何这些模型最终成为土木工程代码之前,你必须收集每座桥摇晃事件的证据——对它们发生的时间、桥梁的特征和人数的详细研究,然后看看这些模型是否有助于做出好的预测。”他说。(晋楠)

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