ワシントン州のピュージェット-サウンドに架かるタコマナローズ橋が7月に1940年に崩壊したとき、後世のためにフィルムに撮影された。 映像は、高校の物理学の標準的なトピックである共鳴の教科書の例の基礎となりました。 しかしその古典的な説明は間違っています。
エンジニアClark Eldridgeによる橋の最初の設計は、橋を堅くし、あまりにも揺れないようにするために、道路の下に25フィートの高さのトラスを持つ典型的な吊り橋のためのものでした。, しかし、11万ドルの提案されたデザインは高価でした。 サンフランシスコのゴールデンゲートブリッジに相談したエンジニアのレオン—モイセイフは、トラスを8フィートの高さのプレートガーダーに置き換え、建設費を8万ドルに下げたが、曲げやねじれに対する抵抗ははるかに少なかった。,
Moisseiffと彼のニューヨーク市の同僚であるFrederick Lienhardは、橋に作用する空力力が上下ではなく横にしか押さないため、メインケーブルは構造を安定させるのに十分な静的風圧を吸収するのに十分な硬さであると主張した。 彼らの議論はオーストリアの土木技術者によって開発された偏向理論に基づいていた。
その安く、スリムで、よりエレガントなデザインが勝ち、建設はSeptember27、1938に始まりました。, 橋がまだ建設されている間でも問題があり、適度に風の強い条件でもデッキが垂直に上下に移動することがありました。 それは、建設労働者が人気のあるサルーンの歌に触発された橋”ギャロッピングガーティー”をダブするよう促しました。 1年後の1940年に橋が開通したとき、一般の人々は振動を直接体験した。,
バウンスを減らすためにいくつかの試みが行われた：プレートガーダーを50トンのコンクリートブロックに固定するタイダウンケーブル（ケーブルはすぐにスナップ）、メインケーブルをデッキの中央に接続する傾斜ケーブルステーの追加、およびメインスパンの長手方向の動きを減衰させるための油圧バッファー。 どれも減衰効果の多くを持っていませんでした。 そこで、ワシントン有料橋局は、解決策を見つけることを期待して風洞研究を行うために、ワシントン大学の工学教授Frederick Farquharsonという名前をもたらしました。,
ギャロッピングガーティーは、時速50マイルの風によって爆破されているにもかかわらず、月を通じて驚くほど行儀が良かった。 しかし、Farquharsonは時折彼のモデルがねじれ動きを示すことに気づき、後で記者団に語った、”私たちはそれを見て、そのような動きが実際の橋で起こった場合、それは橋の終わりになると言いました。ファーカーソンは7日朝、タコマ—ナローズ橋の上に立っており、典型的な跳ね上がりではなく、橋のねじれ運動に問題があることに注意した。, 半時間前、当局はそれを通行止めにしていたが、タコマ-ニュース-トリビューンの記者レナード-コーツワースはその直前に橋の上に乗っていた。 彼は飛び出して這うことができ、打撲と出血、彼の手と膝の上に塔の安全に、六つのランプポストがオフにスナップし、ケーブル上の鋼の覆いは、金属の嘆き 大きな鋼のケーブルは、午前11時ごろに断裂し、600フィートの道路が下方の水の中に砕けたので、ゴロゴロと轟音が続きました。, 最後に、中央のスパン全体が割れ、二つの塔が立っているだけで残っています。
その後の日々は、橋が崩壊した理由を説明するための闘争を明らかにしました。 ニューヨーク-タイムズの記事は、それを共鳴の現象に起因させた：”時間連続タップは正しく、すぐに振り子はその最大振幅でスイングします。 だから、この橋で。”そして、教育者のフランクリン-ミラーが1962年に教室で使用するために崩壊の映像を配布したとき、キャプションの一つは誤って原因として”共鳴振動”, (この映像自体も、誤解を招く恐れがあるのは、誤りを変換する初期の映画リールへのその他の形態の異なるフレーム／秒ます。）
その説明は、連邦作業局が共鳴が”ありそうもない”説明であると結論づけたにもかかわらず、数十年にわたって立ち往生しました。 Farquharsonは十年後に彼自身のレポートで同様に多くを確認しました。 真の犯人は、彼が崩壊の日に彼の初期のモデルと橋自体の両方で観察したねじれ動きでした。,
詳細については、以下は、タコマナローズ橋崩壊の原因に関するワシントン州運輸省（DOT）日付のないオンラインレポートからのセクションです：
なぜギャロッピングガーティーが崩壊したのですか？
…ギャロッピングガーティーの失敗の主な説明は、”ねじりフラッター。”この複雑な一連の出来事をいくつかの段階に分けるのに役立ちます。
ここでは、説明のキーポイントの要約です。
- 一般的に、1940ナローズ橋はねじり（ねじれ）力に対する抵抗が比較的少なかった。, それはそのような大きな奥行き対幅比、1対72を有していたからであった。 Gertieの長く、狭く、浅い補強のガードは構造を非常に適用範囲が広くさせた。
- 7月の朝、1940年10月に重大な出来事が起こった。 北ケーブルの半ばスパンのケーブルバンドが滑った。 これにより、ケーブルを別々の二つの不平等セグメント それは船橋楼甲板の縦（上下）からねじり（ねじれ）動きへの変更に貢献した。
- ブリッジデッキのねじり運動にも寄与したのは”渦放出。,”簡単に言えば、ナローズ橋では次のように渦流出が起こった：
- 風がギャロッピングガーティーのデッキ、8フィートのソリッドプレートガーダーの側面を打ったときに分離しました。 鋼でさえ弾性であり，高応力下で形態が変化するため，船橋甲板では少量のねじれが起こった。
- ねじれた橋の甲板により、風の流れの分離が増加しました。 これは渦、または渦巻く風の力を形成し、デッキをさらに持ち上げてねじった。
- デッキ構造はこの持ち上げとねじれに抵抗しました。 それは以前の位置に戻る自然な傾向を持っていました。, それが戻ったと同時に、速度および方向は持ち上がる力に一致しました。 言い換えれば、それは渦と”同相”で移動しました。 その後、風がその動きを強化しました。 これにより、”ロックオン”イベントが発生した。
- しかし、風の外力だけでは、ナローズブリッジを失敗させる深刻なねじれを引き起こすには十分ではありませんでした。
- これで、デッキの動きは”ねじりフラッター”になりました。””ねじりフラッター”は複雑な機構です。 “フラッタ”は自己誘起高調波振動パターンである。 この不安定性は非常に大きな振動に成長する可能性がある。,
橋の動きが垂直からねじり振動に変化すると、構造物はより多くの風力エネルギーを吸収した。 ブリッジデッキのねじれ動きは風の渦を制御し始めたので、両者は同期しました。 構造のねじれの動きは自己発生になった。 言い換えれば、橋に作用する力はもはや風によって引き起こされなかった。 艦橋甲板の独自の動きは力を生み出した。 エンジニアはこれを”自己興奮する”動きと呼ぶ。
二つのタイプの不安定性、渦放出とねじりフラッタは、両方とも比較的低い風速で発生することが重要でした。, 通常、渦流出は25-35mphのような比較的低い風速で起こり、100mphのような高い風速ではねじりフラッターで起こります。 ガーティーの設計とねじり力に対する比較的弱い抵抗のために、渦流出不安定性から橋は”ねじりフラッター”に右に入った。”
今、橋は動きを”湿らせる”その自然な能力を超えていました。 ねじれの動きが始まると、彼らは渦力を制御しました。 ねじり運動は小さく始まり、それ自身の自己誘起エネルギーに基づいて構築された。,
言い換えれば、Gertieのねじれをギャロッピングすると、より多くのねじれが誘発され、次により大きくねじれ これは橋構造の強さを越えて抵抗するために増加した。 失敗が生じた。
19世紀の橋の設計者は、多くの橋の崩壊から痛みを伴う教訓を学んだが、20世紀の設計者はそれらに耳を傾けなかった。 再び、ワシントン州ドットレポートを引用：
最初の調査-“なぜ”への部分的な答え
初期の吊り橋の故障は、風（空力）力に脆弱であった非常に柔軟なデッキ, 19世紀後半、技術者は非常に硬くて重い吊り橋に向かった。 ジョン-ローブリングは、風のストレスに対して安定するように、1883年のブルックリン橋を意識的に設計しました。 しかし、20世紀初頭には、ローブリングの”歴史的な視点は、構造工学とは無関係の視覚的な好みに置き換えられたように見えた。
ギャロッピングガーティーが失敗したわずか四ヶ月後、コロンビア大学の土木工学の教授、J.K., フィンチは、吊り橋の故障の世紀にわたって要約エンジニアリングニュースレコードの記事を公開しました。 フィンチは、”初期の吊り橋におけるこれらの長い間忘れられていた困難は、現代の技術者にとって、タコマ橋の旋回は全く新しく奇妙なものであったが、新しいものではなく、単に忘れられていたことを明らかに示している。”…吊り橋のデザイナー-エンジニアの全体の世代は、19世紀の教訓を忘れてしまった。, 最後の大きな吊り橋の失敗は、1889年にナイアガラ-クリフトン橋が落ちたときに起こった。 そして、1930年代には、空力力はまったくよく理解されていませんでした。
余波
元のタコマナローズブリッジデッキの遺跡はまだピュージェットサウンドの底にあり、人工サンゴ礁を形成し、その側スパンは第二次世界大戦中に鋼のために溶かされた。最終的に州当局は1950年に完成し、”頑丈なガーティー”と呼ばれる交換橋を承認した。,”今回のデザインは、橋を強化するために33フィートのトラスだけでなく、風の火格子と油圧ショックアブソーバーを使用しました。 2007年には二つ目の橋が追加された。
1. ワシントン州運輸省、タコマナローズブリッジ：偉大なマシンの失敗からの教訓、なぜギャロッピングガーティーは崩壊しましたか？ で利用できるwsdot.wa.gov/TNBhistory/Machine/machine3.htm#6
2. 同上、最初の調査-“なぜへの部分的な答え。Green,D.and Unruh,W.G.”The Failure of the Tacoma Bridge:a physical model,”American Journal of Physics74(2006):706.,
パステルナック、アレックス。 “奇妙な、最も壮大な橋の崩壊（そしてどのように私たちはそれを間違って得た）、”マザーボード、December2015。
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