1、外文原文： http:/ 3000 字 铁路大跨度桥梁设计的争议 A. D. MacKenzie1 and V. Straka2 出处： John A. Roebling sA Bicentennial Celebration of His Birth 1806-2006. ASCE, 2007: 1-12 摘要： 几个世纪以来 ,木材和石材一直是桥梁建设的主要材料，但自从亚伯拉罕使用铸铁建成了铁桥后，铸铁及此后的钢铁越来越广泛的被用作建筑材料。尽管这些新材料在轻型交通的 “道路 ”上使用成功了 ,但是铁路桥梁的显著特点是需要更强的桥梁来承受更大的荷载。当土木工程师开始
2、考虑如何建设数百英尺跨度的铁路桥梁时，这些问题就显得很严重了。最初，当时的最聪明的两个工程师使用了两种不同的方法。约翰罗布林选择的设计是悬索桥和他的尼亚加拉大吊桥与罗伯特斯蒂芬森建于英国和加拿大的管状桥比较。后来的事态发展导致了其他解决方案，但在那时上述两种方法提供了一门对土 木工程专业艺术的经典研究。 1.1 简介 尽管他的工作几乎完全是在美国，但约翰罗布林在桥梁设计上的影响已到了国际上。作为一个桥梁工程师，他认为只有在美国以外延长他的公路和铁路的吊桥才能横跨美国和加拿大之间的尼亚加拉峡谷。 当时铁路时代达到的最大的高度是这座桥梁被建成了，并且全世界工程师
3、试图建立在技术上和经济上高效率设计和修建大跨度铁路桥的方法。十八世纪三十年代的欧洲工程师们认为用这种吊桥适应铁路交通是不可能的。约翰罗布林提出的将吊桥应用于铁路交通上这个有争议的决定引起了国际上的关注。这就是于 1855年竣工的通 过安大略省的克利夫顿和纽约的尼亚加拉大瀑布之间的尼加拉河峡谷的西部铁路，是世界上第一个成功的铁路吊桥。在英国，著名的维多利亚工程师罗伯特斯蒂芬森却遇到了一个问题，这个问题类似于约翰罗布林在尼亚加拉进行桥梁设计所面临的问题，并想出了一个非常不同的结构类型。 1.2 尼亚加拉桥 第一个对尼亚加拉河大桥的重要的建议来自英国工程师弗朗西斯霍尔和一名
4、外籍学徒德福托马斯。霍尔在 1824年制作了一个计划，在纽约州兴建一个联通上加拿大和路易斯顿的昆斯顿吊桥。这座桥梁是一坐类似于当时建设中的德福托马斯的著名梅奈海峡大桥。霍尔的提议得到了少许的支持，可能时边境商贸还不能保证桥梁的建造。 他的建议是道路桥梁将受到比没有马的马车还要大的载荷。然而，随着铁路的发展这一现象更加明显，迫切的需要建一座铁路桥梁。十九世纪中叶 ,铁路使尼亚加拉瀑布成为了一个主要的旅游胜地。在加拿大的方面，游客通过大西部铁路被带到尼亚加拉，在美国方面运输是通过罗切斯特和尼亚加拉铁路完成的。两大铁路的业主看到了尼亚加拉大瀑布是一个 有待开发之地并且着手于使之快速成为上
5、层阶级的游玩之地，就像进入了十九世纪的迪士尼乐园。如果两线可以被加入，游客从自己的国家可以更容易访问另一国家而不用忍受一个不舒服渡船旅程。 1.3 查尔斯埃莱桥 查尔斯埃莱（ 1810 - 1862），急于兴建这座桥。 1833年，埃莱曾到法国留学学习吊桥，宣布他要设计一座桥梁来连接尼亚加拉河的野心。 “我不知道 ”，他说， “在整个专业方案中，会有这一个项目使我如此高兴的去完成 ”。他是非常肯定他有能力修建这样的桥梁。 “这座桥 ”，他说： “穿过尼亚加拉瀑布的下方，这将是很安全的，并且在 各方面适合铁路建设。 ” 由于坚信埃莱的积极性，个人的 “推销术 ”，引人注目
6、的才华和比约翰罗布林更有条理的方法，董事将桥梁的建设交给了埃莱。他答应了在 1849年 5月 1日完成成了桥梁。 众所周知埃莱桥建设的故事，这座桥就像放风筝的线一样穿过了峡谷，并于 1848年七月成功的通过了马车，然而，由于与通行费相关的法律纠纷，紧接着埃莱被遣散了，没有进一步在桥梁工作。被许诺的铁路桥未完成。 1.4 19 世纪 40 年代的铁路桥选择 这个时期对铁路桥的需求是持续增长的。主要是由于驾车要通过低洼地和绕过已建成的小镇；这两种因素的结 合导致了适应不利地形的桥梁的产生，而不是仅仅穿过河流和山谷的桥梁。以下是工程师们认为有效的方案。
7、;吊桥。显而易见，对能满足更大跨度和最大净空要求的桥梁是早期的吊桥，那时生 铁铸造厂可能生产一个合理的铸件的最大长度大约 40英尺。 1810年托马斯德福已采取了建设一座穿过梅奈海峡公路大桥作为伦敦和霍利黑德路必要联系的公路桥梁的挑战。他最初的设计方案是铸铁拱桥。然而，这是英国海军所不能接受的，因为它未能满足在该航道上通航的净空要求。 因此德福认为吊桥是最好的选择并且辉煌的的梅奈海峡大桥在 1826年完成了。这座著名的桥 梁，有当时世界上最大的净跨度（ 580英尺），由于受到风振动、大变形和交通荷载冲击所产生的震动影响使得这座桥没能完全成功。其建成后仅一个月，在一场风暴中桥面破裂（
8、一横梁断裂）和许多减振器遭到破坏。修理工作包括桥面板的加强。不久后桥面板完全地毁坏在 1839年的一场大风暴之中。 尽管德福的伦敦和霍利黑德路是一个巨大的成功，但是一条铁路线将更有助于伦敦和都柏林之间旅客交流和经济贸易。因此，在 1838年切斯特和克鲁铁路公司委托乔治斯蒂芬森开展了一项调查。调查中有二个港口终端在考虑之中，一个是既有的霍利赫德港口，另一个 是在 Porthdynlleyn的新的港口。首选的终端是霍利赫德，但是这意味铁路线将必须跨过梅奈海峡。尽管这样会造成一些问题，但乔治斯蒂芬森仍赞成霍利赫德这个终端并且建议用单线铁路通过德福桥来解决这些问题。为了避免超载，火车头不会
9、通过桥梁，但会用马车拉着车厢过桥。 梁（管状梁）桥。 1840年的熟铁梁仍处于起步阶段并且他的成本是铸铁的两倍左右。这是一种很好的材料，但不是很容易加工成复杂的形状。这种材料的潜力在造船业得到充分的实现，但过了好长时间才进入土木工程师们的视线。之后，熟铁被做成了一个箱型截面的梁，开始在 中等跨度桥梁中使用。罗伯特斯蒂芬森做出了第一种管状截面的桥梁，他的设计在以后引起了广泛的讨论。 大约在 1850年，许多管桁桥梁在英国、加拿大和埃及被建成。这些桥梁大多规模较著名的大不列颠桥小，但唯一的例外是 1859年在蒙特利尔建成的维多利亚桥。许多桥梁采用了这种形式。直到 1859年
10、轻质管桁桥的出现使得以前的管桁桥名声变小，设计也渐渐的废弃。后来，小宽度的箱梁（不用来让一列火车通过）被费尔贝恩用来作为纵梁以支撑铁路的桥面。 拱桥。拱桥是最早类型的桥梁，它是最早采用了铸铁的桥梁。拱桥被用石材建造了诸多世纪，罗马 人在两千年以前就掌握了这一技术。拱桥的力学行为很好被理解。由于铸铁良好受压性能使得它更加适用于拱桥。世界上第一个铸铁大桥建在英格兰煤溪谷的塞文河上，它是亚伯拉罕达于 1779年建成的。这座拱桥跨度 100英尺，包括了三个拱门，其中只有一个是完整的半圆形的，拱圈由径向构件连接。另一座值得让人注意的拱桥是托马斯德福于 1814年在苏格兰的克雷盖拉希建造成的斯佩河拱桥。它的跨度是一百五十
