火車轟鳴 橋樑技術演進的脈絡和軼事

哈利波特和羅恩駕着飛車去上學, 在一座古老的高架橋上與火車親密相遇, 這個電影橋段表現的是格倫菲南高架橋。 英國西高地鐵路穿越了蘇格蘭高地, 連綿的山體,無數的湖泊,沼澤以及山谷, 經常被霧氣包圍,真的就像是在魔法世界一樣。 鐵路建設開始時,英國只能用石頭建橋, 英國缺木材,經過幾百年的大航海時代, 樹木都被拿去造船了。 磚石結構在歐洲有古老的歷史, 古羅馬興建了巨大的鬥獸場,高架輸水道,公共浴場。 歐洲中世紀發明出翻拱、側拱、飛扶臂等各種墊體, 營建了哥特式教堂和高高的穹頂。 磚石的重量隨着拱的曲線被傳導到兩側, 只要能抵抗好兩端的側推力,就可以做到很大的跨度。 在修建鐵路的狂潮中,英國建了大量石拱橋, 格倫菲南高架橋是其中之一。 東方在拱結構運用上也毫不遜色, 河北趙州橋是卓越的代表。 由於東方有榫卯結構的經驗, 唐代的寶代橋還早有卯槽, 磚石相互咬合,更加堅固牢靠。 在陝北,人們在平地上興建連續窯, 成爲村落的主體形態。 在鐵路推廣過程中,歐洲有些慢, 他們老是打仗顧不上。 鐵路在美洲大陸發展迅速, 當時火車還不算重,木結構足以支撐, 施工也快,美國木材充裕, 興建了衆多的木製鐵路橋。 太平洋鐵路穿越了 險峻無比的內華達山脈, 火車在高高的木橋上爬坡, 像過山車一樣驚險刺激。 在興建木橋過程中,工匠領悟到 三角結構最牢固的原理, 探索了橫架結構, 對於受壓和受拉桿建 和再有了初步的認識, 爲後來鐵橋打下基礎。 1840年前後,木橋與鐵橋的過渡開始, 歷經鑄鐵、斷鐵,鋼材延續約40年。 1779年的梅西谷鐵橋 是工業革命的象徵, 它是世界上第一座金屬橋, 有着古典的均勻和雅緻影響巨大。 由英國第一代鋼鐵大王, 外號鐵瘋子的威爾金森推動建成, 他完全由鑄鐵建造, 證明鑄鐵也能像磚石結構一樣, 適應大的跨度, 開闢了早期鐵拱橋這一類型。 那時候,人們只能生產又硬又脆的鑄鐵, 韌性好的斷鐵需要用錘子敲打出來, 產量很低。 四年後,科爾特發明了帶凹槽的滾壓機, 能生產大量斷鐵。 鑄鐵當受壓桿劍,斷鐵當受拉桿劍, 剛好合適。 此後進入了斷鐵橋時代, 特點是拱結構和橫架結構相結合。 這是法國的加拉比橋, 設計師是古斯塔夫·埃菲爾, 後來他建了巴黎埃菲爾鐵塔。 火車之父斯蒂芬森父子成名之後, 項目衆多。 老斯確定了跨越梅奈海峽的鐵路線, 小斯負責架橋。 這是海軍航道,有淨空要求, 海軍部不準用腳手架和臨時橋墩。 羅伯特·斯蒂芬森最後發明了鋼箱梁結構。 一個跨度很大的長方形鐵盒子, 火車從方盒子裏穿過, 這就是著名的不列顛尼亞橋, 也叫大奔橋。 他首次進行力學計算,實驗驗證, 現場拼裝好,直接調上去安裝。 過程中對力學理論,材料強度, 施工方案的探討,產生豐富的科研成果, 促進了金屬結構的推廣。 斷鐵之後,人們終於也練出合用的鋼材。 1874年,建成的美國聖路易橋, 也叫做伊茲橋,開啓了大跨度鐵橋時代, 取得了卓越的成就。 它驗證了數學計算, 檢驗技術,施工技術, 編制了最早的規範,具有里程碑意義。 工程師伊茲的銅像陳列在美國名人堂, 是享受此待遇的工程師第一人。 這就是大渡河鐵索橋。 懸索橋在東方應用很早, 高山大河間,懸索橋往往是唯一仙島。 十九世紀中期, 羅布林父子和妻子三人接力, 建成布魯克林大橋,在橋樑史上意義生輝。 工程剛開始, 設計師老羅就受傷去世, 小羅頂上又在工作中得了減壓病而癱瘓。 妻子要帶十幾個孩子, 仍然自學高等數學,力學和施工知識, 從妻子,母親,護士變成橋樑總工程師。 每天小羅通過望遠鏡監督工程, 用唯一能動的手指, 敲擊妻子手臂來傳遞信息, 十幾年間敲擊上一次,直到大橋建成。 他承載了父子的理想, 還有一位偉大女性的擔當。 十九世紀晚期, 工程師得到了新的材料——混凝土。 它施工方便,更加廉價。 它的膨脹係數和鋼鐵相近, 可以包裹在鋼筋外面防鏽, 混凝土承壓,鋼筋受拉, 組成整體收力結構,實現更大的跨度。 它引領了建築革命, 也成爲橋樑工程師的利器, 出現了鋼筋混凝土拱橋, 預應力兩板橋,預應力相梁橋等類型, 成爲常見的橋樑形式。 在工業革命中, 西方早期建設者不乏勇氣, 創新,擔當和堅守。 如今,高鐵飛馳,三峽奇觀, 跨海絲帶,雲中天橋, 東方成了新一代的基建狂魔, 中國的建設者們正在不斷進取, 創造着新的人間奇蹟。