探索與揭秘 [中配]揭秘貝利橋的工程智慧

根據德懷特·蒂艾森豪威爾將軍和許多歷史學家的說法 貝利橋是盟軍在二戰中勝利的三項最重要的創新之一 這座堅固易於組裝的橋樑在現代世界中依然發揮着奇蹟 實際上貝利橋的這些結構不僅僅是護欄 它們是賦予貝利橋超強承載力的側面板 例如 如果你只是像這樣排列幾塊金屬 它們的力量並不強 現在讓我們把這些金屬件排列成廢架的形狀 這提供了不可思議的力量 保留兩個這樣的地架 並通過這些橫杆將它們連接起來 這就是基本的貝利橋 你可以很容易地看出這座提架橋能夠承受巨大的負載 負載最初由路面承載 最終轉移到堅固的肩架上 理論很簡單 但軍隊怎麼能在不越過河的情況下 組裝這樣一座巨大的橋呢 這座橋的搭建是平衡重心的絕妙例子 歡迎來到唐納德貝利爵士的工程智慧 貝利橋組裝的第一步是安裝這些滾輪 其中有一個滾輪非常特別 叫做搖擺輪 這些滾筒是可傾斜的 這個看似簡單的側板是貝利橋的巧妙之處 這個結構結實而又輕巧 5到6個人可以輕鬆把它抬起 現在將兩塊側面板放在滾輪上方 接下來他們在這些側板之間 插入一個叫做橫樑的重型I型鋼 這一側支撐杆使橫樑的連接更加牢固 一個貝利橋單元已經準備好 接下來他們引入下一組側面板 看看側面板的雌雄部分 它們完美的契合 並用這些削釘鎖釘 這些橫撐是在橫樑之前連接的 斜撐讓橋的形狀更加堅固 下一個側板的連接至關重要 再添加一個延長件後 這部分連接起來 最終新的側面板與之前的側面板 以一個夾角相連 我們很快就會明白這個角度的必要性 再加上一對側面板 現在兩個部分的重量相等 如果幾名士兵向前推這個結構 會發生什麼 是的 橋會很容易傾斜 並且會在兩個滾輪之間對稱的支撐 再連接一個側面板吧 現在左側的重量更大 橋進一步傾斜 最終靠在另一側 即左側 現在是視頻中最關鍵的部分 貝利橋的重量管理 這是貝利橋的主輪 如果重量平衡出現錯誤 貝利橋將會如圖所示翻倒 請注意在這次傾覆過程中支點的位置 在主滾輪上 因此爲了成功發射貝利橋 左側的扭矩應大於右側的扭矩 否則發射將以悲劇收場 但在搭建的最後階段 右側的扭矩應該變得更大 如果你忘了扭矩是什麼 可以通過這個童年例子來回憶一下 有時低重側的扭矩會更高 反正讓我們看看這個巧妙的操作是如何完成的 士兵們現在可以推動和移動這部分橋 右側的扭矩顯然小於左側的扭矩 這個結構是穩定的 現在開始組裝橋樑的主要部分 士兵們希望在這座橋上駕駛甚至很重的車輛 爲了支撐如此重的負荷 貝利橋的飛架應該非常堅固 我們在橋的主要部分使用3B架和雙層面板結構 它們的連接細節在這裏展示 值得注意的是 也存在單垂架和雙肥架面板的佈置 且有不同的層數選擇 這個單俗架單元的重量約爲1300千克 而三重背架單元的重量約爲4200千克 假設士兵們將橋向前推進了側面板長度的一單位 橋的左側部分標記爲白色 右側部分標記爲紅色 這個標記對扭矩計算很重要 這座橋現在看起來有點危險 無論如何我們來檢查一下兩邊的扭矩 左側的扭矩遠高於右側 橋樑是穩定的 我們來拼裝更多的橋段再次推動它向前 這座橋的位置也是穩定的 這一次士兵們必須再組裝兩個部分再繼續推動橋 橋懸空的太高似乎要倒進河裏了 我們來做一個扭矩分析來消除我們的疑慮 令人驚訝的是 這個位置也是穩定的 唐納德·貝利爵士的精確數學拯救了貝利橋 讓我們再加上一段橋樑並向前推 現在左右兩側的扭矩幾乎相等 不過左側仍然更高 再加兩段並向前推一單位長度 左側的扭矩仍然更高 而橋又一次穩定 我們將前部向上彎曲的原因 現在你可能明白了 目前這座橋只在一端得到支撐 由於自重結構偏磚很大 如果沒有這個向上的彎曲 橋的自由端會低於另一側河岸的水平面 唐納德·貝利是個天才對吧 總之現在你要做的就是再添加一段 並且將橋向前推整整一個單位長度 在這裏很明顯 左側產生的扭矩保持不變 但右側的扭矩增加了 右側的扭矩第一次超過了左側的扭矩 這將導致橋的自由端自動降落到一面 這是士兵們的重要時刻 項目的主要階段已經結束 讓我們在慢動作回放一下這個關鍵時刻 唐納德·貝利爵士巧妙地處理了重量平衡計算 現在幾名士兵可以通過橋 並用液壓千斤頂抬起另一端 在這一端他們也安裝了一個滾動軸承 現在士兵們將繼續用力推直到整條河流 都被三簪貝利橋覆蓋 是時候拆除橋樑的單居駕支撐部分了 橋快完成了 你需要做的是加一些末端支撐 之後在橋的末端加一個支撐軸承 你可以現在移出滾輪了 一座堅固耐用的橋樑已準備好用於軍事 當橋樑承受重載時會如圖所示稍微下沉 這些軸承確保了這種輕微的偏轉是可以接受的 如果沒有這些支撐 橋樑將承受過大的內部壓力 這裏有一個有趣的實驗來測試貝利橋的強度 我們先從一座普通的橋開始 這座簡單的橋甚至無法承受25kg的重量 下沉得太嚴重了 在這個新手案例中 我在路面末端安裝了貝利橋掀架 這兩根櫥架是用簡單的冰棍棒製作的 看看這個新手橋是怎麼承受重量的 這座橋對於同樣的25kg根本沒有下沉 這就是貝利橋的魅力 如今貝利橋主要用於民用 當自然災害襲來時 這往往是與河對岸建立聯繫的唯一方式 儘管他們是爲了臨時目的而建造的 但最終會變成永久性橋樑 所有這些討論自然會引出一個問題 世界上最長的貝利橋是哪座 這個記錄屬於霍巴特·貝利橋 它橫跨了德文特河的稻心角 這座橋長達788米 並設有兩條車道 霍巴特·貝利橋是在散貨船S-Lake Illawarra 與霍巴特的塔斯曼大橋相撞後 作爲臨時解決方案建造的 這次碰撞導致兩個橋墩和127米的橋面坍塌 新的貝利橋在近兩年的時間裏 擔任了霍巴特東西兩岸之間唯一的道路連接 直到塔斯曼大橋於1977年10月8日重建 並重新開放 當然 這樣一座長橋需要橋墩的支撐 以承載重型車輛的重量 爲了理解這座橋的巧妙工程 我們用這些簡單的冰棍棒 構建了一座貝利橋 這座橋甚至能承受我的重量 但只需要剪掉其中一個護欄 橋樑偏斜過大 最終崩潰 一些原始的二戰貝利橋 至今仍在正常使用 證明了它們堅固的設計和耐用性 烏克蘭多塞特的一個圓形橋仍然在使用中 唐納德·貝利爵士是所有土木工程師真正的靈感來源 如果你希望這個頻道不斷發展壯大 請查看我的Patreon頁面並支持我們 保重 再見