塔科马大桥的垮塌主要原因是扭转失稳，而扭转失稳机理的关键在于H型加劲梁横截面上大型旋涡的形成以及旋涡沿桥梁横截面的移动，如图5.7所示[8]。
图5.7 加劲梁上旋涡的移动（单位：m）
Larsen[9]采用宽高比为5∶1的简单H型断面，建立了一个简单的分析模型研究扭转失稳机理，假定如下：
（1）假定加劲梁截面扭转振动的形式为正弦曲线，其无量纲周期T=U/fB，其中f为扭转频率。
（2）气动力做功W=Fv，其中F为旋涡产生的升力，v等于F作用点处梁的振动速度。旋涡总功等于一个周期内所有旋涡做功的积分。
（3）旋涡产生的升力在旋涡漂移过程中保持恒定。
（4）旋涡的无量纲移动时间与弹性悬吊横截面的振动周期无关。(www.xing528.com)
（5）结构阻尼为零。
以下分三种情况考虑失稳模型：
第一种情况：在桥梁横截面产生的顺风向两个连续旋涡的间距等于桥面宽度B的一半，如图5.8（a）。假设，扭转振动周期为T，振动周期开始时，一个旋涡位于在截面形心处下缘，形心处v=0，另一个旋涡正在截面上边缘迎风面形成，并未形成升力，则∑Fv=0。当t=T/8时，两个旋涡顺着截面漂移B/8，由于旋涡产生的升力和升力作用点的振动方向一致，则∑Fv>0。当t=T/4，两个旋涡顺着截面继续漂移B/8，升力作用点位于振幅幅值处，v=0，∑Fv=0。当t=3T/8，两个旋涡顺着截面漂移3B/8，升力作用点向平衡位置处振动，振动速度方向和升力相反，则∑Fv<0。到半个周期过后，两个旋涡都沿截面移动了B/2，迎风面处又开始产生新的旋涡，但产生于截面下缘。在随后的半个周期内，重复以上形式。经过分析，Fv在时间上的积分为0。
第二种情况：在桥梁横截面产生的顺风向两个连续旋涡的间距大于桥面宽度 B 的一半，如图 5.8（b）。按照第一种情况的分析方法，在一个振动周期内，∑Fv≥0，旋涡产生的升力不断对系统做功，系统通过增大振幅来吸收能量。
第三种情况对应于旋涡间距小于B/2，如图5.8（c）。一个周期内，∑Fv<0，扭转振幅不断减小。
塔科马大桥的破坏机理正是上述扭转模型的第二种情况。塔科马老桥的桥面很窄，旋涡间距和风速密切相关，风速的变化从而导致旋涡间距的变化。当风速满足一定的条件时，产生的旋涡的间距大于塔科马桥桥面宽度的一半，加劲梁不断地从气流中吸收能量，振幅不断地变大，形成发散的扭转，最终破坏。
图5.8 不同连续漩涡间距下的结构振动
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