第四讲土木工程与防灾减灾讲义.ppt

塔科马大桥风毁 1940年，美国华盛顿州的塔科玛峡谷上花费640万美元，建造了一座悬索桥（主跨度853.4m、支撑梁高2.42m，且支撑梁为板式钢梁）。 建成4个月后，于同年11月7日碰到了一场风速为19米/秒的风。虽风不算大，但桥却发生了剧烈的扭曲振动，且振幅越来越大（接近9米），直到桥面倾斜到45度左右，使吊杆逐根拉断导致桥面钢梁折断而塌毁，坠落到峡谷之中。 桥梁倒塌原因 使用浅支撑梁的决定最终在不久的将来被证明是造成桥梁坍塌的重要原因。8英尺（2.42米）的支撑梁并不足以使路基拥有足够的刚度，从而使大桥经不住风的侵袭。从一开始，大桥的振动就使之声名狼藉，轻度至中度的风就可以导致大桥来回摇摆，中心的摆动可达每4到5秒几英尺。因此大桥被当地居民起绰号叫“舞动的格蒂”。司机在桥上行驶可以明显感觉到桥的摆动，振动吸引许多人驱车前往，享受这奇妙的感觉。 塔科马海峡吊桥倒塌后第二天，华盛顿州州长宣布按同样设计重建一座桥。冯·卡门觉得此事不妥，便找来塔科马海峡大桥模型带回家中，放在书桌上，开动电扇吹风，模型开始振动起来，当振动频率达到模型的固有频时，发生共振，模型振动剧烈。果然不出所料，塔科马海峡吊桥倒塌事件的元凶，正是由于共振引起的。其后冯·卡门令助手在加州理工学院风洞内，进一步测试塔科马海峡吊桥模型，取得数据，然后发一份电报给华盛顿州州长：“如果按旧设计重建一座新桥，那座新桥会一模一样的倒塌”。州长设立一个塔科马海峡吊桥倒塌事件考察小组，冯·卡门系成员之一。经一番争论，冯·卡门终于说服当时不懂空气动力学知识的桥梁设计师，在建新桥之前，先将桥梁模型进行风洞测试。会议决定采用新的设计避免共振对桥梁引起的祸害。 新桥重建 新的塔科马大桥以开放的桁架和加固的支柱设计并重建，并且开设通风孔让风通过。它于1950年10月14日通车，全长5979英尺（1822米）——比原先的桥长40英尺（12米）。因为造成前桥坍塌的共振问题已经被新设计所解决，所以当地居民给予了大桥新的绰号——“强健的格蒂”。 * 传染病 SARS：2003年2～6月遍及全球的SARS疫情是现代最严重的一次流行病，中国为最，全球死亡总数为798人(截止到2003年6月底)，其中中国的内地347人、香港特别行政区296人、台湾地区84人，三者合计727人，占全球死亡总人数的9l%；其余为河内死亡5人，新加坡死亡31人，多伦多死亡35人。 艾滋病：2004年11月23日，联合国世界卫生组织报告(每年的12月1日是世界艾滋病日)，全球艾滋病患者3940万人，比2002年增加了280万人。截止到2004年底，中国的艾滋病患者多达84万人，居亚洲第2位，全球第14位，其中大部分为卖血、吸毒和性传播引起的。 其它：病毒性肝炎、肺结核、痢疾、伤寒、疟疾、狂犬病、破伤风和脑脊髓炎等。 * 4.土木工程对防灾减灾的重要作用 土木工程对防灾减灾具有很强的主动性和不可替代性，是防灾减灾最重要的学科和行业，这也是防灾减灾这个二级学科被设于土木工程属下的原因。土木工程防灾减灾涉及地震工程，风工程，结构抗火，地质灾害防治，结构防爆抗爆，防护工程，城市综合防灾等领域。在这些分支领域，国际上有很多学术组织，大部分学术组织的学术交流活动已经系列化和规范化，有力地促进了国际间的学术交流和本分支领域的发展。 * 4.1 土木工程的属性 从土木工程演变发展的历史可以看出，它从一开始就是作为主动抵御自然灾害而诞生的，最早人类为了防风雨、御猛兽构巢筑穴，这大概是最早的居住建筑了。进而为了防止相邻部落袭击，开始筑城开壕，如果注水则成为濠沟，这个主动防护概念到近代的热兵器时代就变成地下防护工程了。朝鲜的上甘岭战役，美军可以用炸弹将山头削去数米，但隐蔽在山洞坑道里的中朝战士却基本安然无恙，最终保住了上甘岭高地。可以看出，土木工程从开始到近代它所具有的主动抵御防护乃至抗衡的属性一直在延伸。 * 现代土木工程早已超越了这种最初的单纯防御性，在国民经济的各个领域，更多地体现出了它的基础性和超前主动性，巴拿马运河、苏伊士运河乃至20世纪开通的几个海底隧道都是交通领域的基础工程，也是发展交通缩短航线超前性工程，甚至近代的航天工程也需要土木工程师为它设计建造巨型发射塔架，这种主动性、基础性和超前性恰恰表明了国民经济的全面发展是离不开土木工程的。 * 4.2 灾害的随机性和预测的困难性 灾害随机性小至全球每天都可能发生的大小火灾，大至地震、火山和海啸，这种随机性是灾害这种运动形态所固有的。迄今为止，人们公认气象灾害相对来说预报的是比较准确的，但2005年夏季几次台风对我国的台湾和内地的袭击，预报仍然有很大的不准确性，甚至科技如此发达的美国，8月下旬发生在大西洋墨西哥湾的飓风也由于缺乏