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福斯橋(Forth Bridge)是位於英國蘇格蘭福斯河上的鐵路橋,1890年3月4日建成,是被後人公認的橋樑史上的里程碑之一。它是一座由眾多鋼管弦桿構件組成的雙伸臂梁鐵路橋,主通航孔橋由三個鋼「紡錘型」桁架、兩個鋼桁架掛梁組成,全長1620米。

1 福斯橋 -歷史

福斯橋福斯橋

福斯橋(Forth Bridge)的全名是福斯鐵路橋(Forth Railway Bridge)位於英國蘇格蘭愛丁堡西邊,是跨越福斯灣海峽上的第一座橋樑,僅供鐵路使用。

1882年開始建造。橋樑施工歷時七年,中間更換了設計工程師,修改了設計方案。七年中,施工動用了四千多名工人,高空施工中犧牲了98人,並造成了數百名人員傷殘。為了紀念這些為英國橋樑事業做出貢獻的藍領工人,後人在橋址處修建了紀念館。

1890年3月4日大橋建成,威爾斯七世國王將一枚金鉚釘釘在橋上,宣告大橋竣工通車。

21世紀初,英國的養護部門對結構進行了檢測,主要承重結構仍然完好。只是對部分桿件和接頭處進行了維修加固。這座橋一直被認為是現代橋樑史上的一個重要里程碑,至2012年仍在使用之中,是名副其實的百年大橋。

2 福斯橋 -結構

總體結構

福斯橋橋樑的大部份結構是鋼,由一條中平衡懸臂橋和兩條懸跨組成,據說共用了八百多萬支的鉚釘,懸臂樑屬於桁架鋼樑,是由厚鋼管連接而成的。修建整座橋用去了約400噸鋼鐵。

該橋主跨達521.2米,總長1620米,支承處桁高達110米。鐵路高出水位47.8米,因風力過大,橋樑桁架做成向內傾斜,塔頂寬約10米,塔底寬36.6米,全橋共計3個橋塔,六個伸臂,各長206米,懸跨長107米。按照上下行布置了雙幅軌道。

技術特點

福斯橋福斯橋

福斯鐵路橋有以下技術特點。

1、用「紡錘型」桁架延伸橋樑懸臂,達到增大跨月能力。

三個「紡錘型」桁架就像三個挑水農夫並列一排,用三個扁擔延長跨度、平衡重量。

2、「紡錘型」桁架屬於「二力桿」,設計者將拉杆與壓桿區別對待。

考慮受力的需要,每個拉杆均有四個小鋼管組成空心的構件;而每個壓桿則由一大直徑鋼管組成。這種針對受力特點採取區別對待的設計很新穎。

3、拉壓桿交叉點自由相交。

為了桿件受力清晰簡單,拉壓桿件在中途交叉處採用了自由相交而不是剛性聯結,這樣更符合結構力學中的二力桿受力特性,也大大地簡化了手工計算的複雜程度,因為當時沒有電子計算,也不可能用到大型空間有限元法(Finite Element Method)來計算分析與模擬。

4、設置了維修通道。

即使21世紀的很多橋樑設計人員也容易忽視橋樑維修檢修通道。但是,福斯鐵路橋在19世紀就考慮了鋼筋混凝土維修通道及步梯,這樣便於橋樑在營運工程中做周期性的檢修維護。這一點對於鋼結構橋樑更是至關重要,因為鋼鐵鏽蝕的防護會經常用到這些通道。

5、抗風能力強。

由於整個橋樑才用了桁架結構通透率很大,阻風面很小;再加上「紡錘型」的橋型結構穩定性好。因此橋樑的抗風能力大大增加,安全而穩定。

6、海水鏽蝕及防鏽。

海水中的鹽分、氯離子會加快鋼材的鏽蝕,橋樑運行一百多年,能完好無損的保持到21世紀其防鏽技術是不言而喻的。

3 福斯橋 -設計師

福斯橋最初的設計者是Thomas Bouch,但在橋樑施工過程中另一座也是由Thomas Bouch設計的蘇格蘭海灣大橋Tay Railway Birdge在一次颶風風暴中坍塌了,橋樑坍塌時正巧有一列列車通過,75名乘客因此喪生,這一事件成為當時英國歷史上最為嚴重橋樑事故。因此,Tay Railway Bridge的安全儲備及Thomas Bouch設計能力遭到公眾的質疑,故福斯鐵路橋在基礎施工完成後工程被管理當局中止。

Thomas Bouch去世后,福斯鐵路橋的設計工作由約John Fowler和Benjamin Baker共同負責。他們對原來的設計進行了修改,沒有採用Thmas Bouch的懸索橋方案,而是用一種「紡錘型」或稱「橄欖型」的鋼式結構取而代之,這就是世人現代所看到的福斯鐵路橋。

4 福斯橋 -位置

福斯橋福斯橋

福斯橋建築在愛丁堡城北福斯河(Firth of Forth)上。福斯河是英國蘇格蘭地區的主要河流之一。它發源於史特靈郡的山區,東流約三十公里后經過史特靈市區,繼續向東至法夫郡金卡丁鎮(Kincardine)后,形成福斯灣(Firth of Forth),最後注入北海。

福斯灣南岸是蘇格蘭首府愛丁堡,福斯河流域也是蘇格蘭重要的人口聚居區。共有三座大橋跨河灣,分別是金卡丁橋、福斯公路橋和福斯鐵路橋,它們組成了蘇格蘭東側交通樞紐。

5 福斯橋 -旅遊

福斯橋上艷紅色的油漆凸顯其壯觀,傍晚橋橔及橋身打燈時,氣闊的景色令人稟息。福斯大橋旁是讓汽車通行的福斯公路橋(Forth Road Bridge),於1964年通車,簡潔的設計和福斯橋相映成趣,過橋費80英鎊。同時觀賞兩座弔橋的最佳位置是South Queensferry小鎮,必須先搭火車到Inverkeithing,再轉Stage巴士X50前往。

6 福斯橋 -相關趣聞

1、福斯橋的設計者稱,這座橋的結構系統是從中國的木伸臂梁(鵲巢橋)演變而來的。橋造成后7年,李鴻章出使英國,在參觀這座橋后,也想在中國的渤海灣建造一座。後來詹天佑在當粵漢鐵路督辦時,提出的武漢長江大橋的方案就參照了福斯橋。

2、傳說中等到把橋樑全部油漆一遍之後,前面的已經褪色,就又得開始重新油漆了,所以「paint the Forth Bridge(給福斯橋刷漆)」成為英國俗語。 

3、希區柯克的電影《三十九級台階》中的最驚險的場景選在福斯鐵路橋上。火車經過橋樑時男主角Hannay為甩掉警察的追捕,縱身跳下了火車。

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