隨著現(xiàn)代懸索橋的出現(xiàn)，人類得以建造出越來(lái)越長(zhǎng)的橋梁。懸索橋的跨度可以很長(zhǎng)，能夠跨過(guò)峽谷、大江、海峽，例如，橫跨300多米深峽谷的中國(guó)矮寨特大懸索橋；楊泗港長(zhǎng)江大橋的主跨長(zhǎng)度可達(dá)1.7公里，這在世界懸索橋中位列第二，而在世界雙層懸索橋中位列第一。
由于懸索橋的跨度長(zhǎng)，這會(huì)帶來(lái)一些空氣動(dòng)力學(xué)問(wèn)題。當(dāng)大風(fēng)橫向吹過(guò)懸索橋，橋面有可能會(huì)出現(xiàn)波浪式的晃動(dòng)，這會(huì)讓行經(jīng)橋上的人感到非常不適。如果嚴(yán)重的話，橋梁還有可能被搖晃垮塌。
那么，為什么懸索橋會(huì)出現(xiàn)異常的抖動(dòng)現(xiàn)象呢？
從物理學(xué)原理來(lái)講，任何物理結(jié)構(gòu)都存在一個(gè)固有頻率。如果強(qiáng)迫振動(dòng)的頻率接近于物理結(jié)構(gòu)的固有頻率，就會(huì)引發(fā)共振現(xiàn)象。如果振幅足夠高，結(jié)果會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)被破壞掉。
在19世紀(jì)，法國(guó)的一隊(duì)士兵邁著相當(dāng)整齊劃一的步伐走過(guò)一座長(zhǎng)100米的橋梁時(shí)，由于齊步走產(chǎn)生的頻率與大橋的固有頻率相吻合，導(dǎo)致大橋不斷搖晃，然后出現(xiàn)共振現(xiàn)象。當(dāng)士兵走到橋中間時(shí)，劇烈的共振現(xiàn)象引發(fā)橋梁坍塌，數(shù)百人落入水中喪命。
除了整齊的步伐之外，大風(fēng)吹過(guò)橋梁也會(huì)造成大橋抖動(dòng)，并有可能引發(fā)劇烈的共振現(xiàn)象，這涉及到卡門(mén)渦街效應(yīng)。
當(dāng)強(qiáng)風(fēng)橫向吹過(guò)橋面時(shí)，會(huì)在橋面上下兩側(cè)產(chǎn)生兩道旋渦，它們的旋轉(zhuǎn)方向相反，互相交錯(cuò)。由此會(huì)對(duì)橋面產(chǎn)生周期性強(qiáng)迫力，導(dǎo)致橋面出現(xiàn)晃動(dòng)。這就是卡門(mén)渦街效應(yīng)，由現(xiàn)代宇航科技之父馮·卡門(mén)最早闡明原理。
如果卡門(mén)渦街效應(yīng)十分強(qiáng)烈，使得橋面振動(dòng)幅度增大，最終達(dá)到橋梁的固有頻率。結(jié)果就會(huì)出現(xiàn)共振現(xiàn)象，橋梁將會(huì)發(fā)生劇烈的振動(dòng)，從而導(dǎo)致橋梁垮塌，這在現(xiàn)實(shí)中有發(fā)生過(guò)。
1940年，橫跨塔科馬海峽的塔科馬海峽懸索橋建成通車(chē)。然而，僅過(guò)了幾周，橋面就開(kāi)始出現(xiàn)異常的抖動(dòng)。經(jīng)過(guò)幾個(gè)月的搖擺之后，塔科馬海峽大橋的橋面最終扭曲斷掉，大橋發(fā)生垮塌。
根據(jù)塔科馬海峽大橋模型的風(fēng)洞測(cè)試，大橋崩塌的原因正是卡門(mén)渦街效應(yīng)引發(fā)的劇烈共振現(xiàn)象。塔科馬海峽大橋的橋面不夠厚，使其無(wú)法承受強(qiáng)風(fēng)造成的卡門(mén)渦街效應(yīng)，最終風(fēng)速為65公里/小時(shí)的大風(fēng)吹垮了大橋。
此后，人們意識(shí)到，橋梁建造之前先要對(duì)模型進(jìn)行嚴(yán)格的風(fēng)洞測(cè)試。而且橋梁上還要設(shè)計(jì)一些氣孔，破壞卡門(mén)渦街效應(yīng)。10年之后，經(jīng)過(guò)嚴(yán)格仿真測(cè)試的新塔科馬海峽大橋又建起來(lái)，如今它還在正常通行。
現(xiàn)代橋梁的設(shè)計(jì)都會(huì)考慮到卡門(mén)渦街效應(yīng)，以后基本上不可能會(huì)出現(xiàn)塔科馬海峽吊橋那樣的崩塌現(xiàn)象。
不過(guò)，在設(shè)計(jì)允許的范圍內(nèi)，橋面有時(shí)會(huì)出現(xiàn)一些上下起伏的波動(dòng)，這種晃動(dòng)是正常的渦激振動(dòng)現(xiàn)象。其原因可能是由橋面的截面發(fā)生變化所致，例如，放置水馬圍擋。只要振動(dòng)幅度不大，沒(méi)有超過(guò)設(shè)計(jì)范圍，大橋是不會(huì)有問(wèn)題的。
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