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欧洲迎极端高温,埃菲尔铁塔热到弯曲,如此高温会对城市其他基础设施产生哪些影响?

liisu
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说明这篇报道是文科生写的。

在报道中,有这么一句:

初中物理老师告诉我们,铁会受热膨胀。当塔体的一侧比另一侧照射到更多的阳光时,该侧的膨胀程度要比另一侧更大一些,这就导致整个结构的7300吨锻铁略微向 背~光~侧~偏斜,而不是向受光侧偏斜。

下面这图是AI生图,凑付着看吧。

通常情况下,只要是晴朗的日子,埃菲尔铁塔的塔尖就会在直径15厘米左右的球内做曲线运动。在极端热浪袭击期间,变形程度可能会增加。

等等,为什么是“球”?

因为它不仅前后偏斜,自然也会长高,埃菲尔铁塔每年夏季的白天都会增加约15厘米的高度,晚上又缩回去。到了冬天,由于整体气温比较低,所以埃菲尔铁塔在冬天反而会缩10厘米。

金属的热膨胀系数通常比混凝土或木材高,法国人认为用木材不太合适,而当时混凝土这材料还没开始流行,加上当时只是把它当作世博会的临时建筑,所以用铁最合适。

欧拉─伯努利梁方程

如果你是学建筑的,就会知道描述梁变形与载重关系的欧拉─伯努利梁方程。这个1750年就已经成形的方程,直到埃菲尔铁塔才真的用上了(还有摩天轮)。在计算机的有限元方法使用之前,欧拉─伯努利梁方程一直都是土木老哥的法宝。

实际上,经过计算,整个埃菲尔铁塔不止是”前后倾斜+高低变化“这么简单,它还会左扭扭,右扭扭:

下图中,上方的曲线为垂直高度的弯曲摇晃频率,下方的曲线为水平方向上的弯曲摇晃频率[1]

研究人员还会用TROMINO微动仪来测塔的晃动频率。微动仪会在下图中的几个点上测量,为了防止好奇心强的游客靠近它,影响测量精度,微动仪被装在了一个购物纸袋里。在整个录音过程中,工作人员都会坐在购物袋旁边,以免被游客认为是恐怖袭击而报警。

另外,除了日晒之外,大风也会让埃菲尔塔偏斜,当时造塔的施工队有着20年的金属建筑物的建设经验,已经把这些偏斜都考虑进去了。

参考

  1. ^DOI:10.1016/J.ENGSTRUCT.2016.08.023
太空僧
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