武汉鹦鹉洲长江大桥。

　　日前，虎门大桥异常振动的新闻引发了全国性的关注，根据专家组的初步判断，虎门大桥的摆动其实与风有关，罪魁祸首正是风产生的卡门涡街。下面，我们一起去认识一下卡门涡街。

　　卡门涡街是什么

　　如果徜徉在小桥流水间，你一定会发现，当河水流速较快时，水流在遇到桥墩后会被分成两股绕行。奇妙的是，两股水流并不对称，而是呈现出两组交替的小漩涡向下游运动。同样，风作为流体通过桥梁构件时，必然会从桥的两侧流过。类似这种流体绕过物体时产生两排交错涡旋的现象，在流体力学中被称为卡门涡街现象。其中的“街”是指流体涡旋的排列形态和街灯相似，因此看起来好像是一条涡流作为路灯的街道一般。卡门涡街现象最初由钱学森的导师——冯·卡门发现并命名。至于为何两排涡旋不对称，至今仍是困扰流体力学家的一个谜。

　　日常生活中，当风吹过桥面时大多都会形成卡门涡街，两组周期性的、交替变化的涡旋分别对桥面上下产生作用力，桥面就随之振动起来。不过，由于桥面通常被设计成流线型，两组涡旋紧贴桥面，作用力较小，引起的振动幅度很小，平时很难被察觉到。由于虎门大桥近期正在进行日常养护和检查工作，管养单位封闭了桥梁南侧的一条车道，在桥梁两边放置了水马。这些水马高度为1.2米，一个挨一个，而且不透风，这就改变了大桥主梁原本流线型的形状。这时风再吹过来，被水马阻挡后，根据空气动力学原理，会形成旋涡，产生涡激力。涡激力对桥面进行作用，下面的往上升，上面的往下压，使桥梁产生振动。

　　卡门涡街有何危害

　　卡门涡街常常对桥梁造成危害，其中最经典的案例莫过于美国塔科马大桥的坍塌。1940年11月，建成仅4个月的塔科马大桥在低速风中发生强烈摆动，振动幅度一度达到惊人的9米，随后桥梁轰然垮塌坠入海中。后来的研究表明，事故元凶正是卡门涡街引起的共振。塔科马大桥的坍塌震惊了当时的桥梁界，此后桥梁模型风洞测试被纳入桥梁试验中，桥梁的风致振动问题也发展成为一门新兴学科。

　　值得一提的是，卡门涡街似乎对悬索桥情有独钟，鹦鹉洲长江大桥、虎门大桥与塔科马大桥均为悬索桥。悬索桥即俗称的吊桥，由于不需在桥中心设置桥墩，可以造得很高，常用于跨水大桥的设计，以便船舶自由通行。但悬索桥却有个缺点——固有频率低、稳定性差，因此它对风载荷非常敏感，很容易受到卡门涡街的影响。不过，自塔科马大桥之后，现代悬索桥在建设前都会考虑抗风振设计，建成后也会安装桥梁变形实时监测系统，因而行经悬索桥时大可不必恐慌。

　　目前的大桥设计中，风洞试验是非常关键的一步，它可以在结合当地气象条件的情况下，对设计方案是否容易引发共振加以判断。除了桥梁，卡门涡街还可能给高楼、烟囱等建筑带来安全隐患，因此在中央广播电视塔、东方明珠电视塔建造前，都曾考虑了卡门涡街的因素。

　　卡门涡街的妙用

　　事物总有两面性，卡门涡街也并非无恶不作，它同样能够为人所用。既然卡门涡街可以对物体施加周期性的作用力，何不用它来发电呢？哈尔滨工程大学的科研人员就设计了这样一种发电装置。他们制作的迎风桶在风的吹拂下可产生卡门涡街，周期性作用于振动杆（发电装置器件），使其做往复摆动，从而带动发电机转子旋转，切割磁感线产生电流。

　　此外，科研人员研究流水中的卡门涡街后进一步发现，在障碍物两侧形成的涡旋交替频率与被阻塞的流量成正比，因此发明了涡街流量计，用以测量管道内的流量。如今，涡街流量计已被广泛应用于工业生产中。