重返桥梁失效现场：分析世界著名钢桥事故

1.拱　桥

相对于砌体拱桥，铸铁结构因自重小、水平推力小、成本低、工期短等优点，很快得到广泛应用。英国1779年建成了世界上第一座跨度为30 m的铸铁拱桥，这座桥虽充满了不合理的结构设计，还混杂着木结构和砌体结构的特征，但至今仍作为工业革命的遗迹供人瞻仰。此后，英国还建造了一系列的铸铁拱桥，如 1792—1796 年托马斯·威尔逊（Thomas Wilson）设计的跨径为72 m 的威尔茅斯桥（Wearmouth Bridge），和约翰·伦尼（John Rennie）于1819年建成的跨度达到 73 m的南华克大桥（Southwark Bridge）。铸铁拱桥的高峰是托马斯·泰尔福（Thomas Telford）于1823—1826年建造的迈斯大桥（Mythe Bridge），虽然跨径只有 53 m，但结构合理且新颖。19世纪前，在欧洲其他地方，铸铁拱桥还是非常罕见的，大多停留在设计方案阶段。路易斯-亚历山大（Louis-Alexandre de Cessart）于1801—1803年在巴黎建造的艺术桥（Pont des Arts）可能是最有名的，但非常可惜的是，它现在已经被一座外形相似的焊接钢桥所替代。俄罗斯也有一些早期铸铁拱桥。1840年后，铸铁被认为是一种不可靠的材料而退出桥梁结构领域，特别是1847年迪桥（Dee Bridge）垮塌后。

2.缆索承重桥

缆索承重桥实际上是一种古老的桥型，最早由藤蔓上铺设木板而成，后来有人提出使用铸铁来制造缆索，但逐渐被锻铁替代。我国在 1476 年（明成化年间）就在澜沧江上建造了单跨为60 m 的铁索吊桥——霁虹桥，可惜于 1986 年被洪水冲毁，否则将是我国现存最古老的铁索桥，比闻名于中外的泸定桥还早二百多年。英国于1741年建成的首座铁索人行桥，跨度为21 m、桥宽1 m。德国1785年在魏尔堡（Weilburg-an-der-Lahn）修建了一座悬索式引水渠，并沿用至1933年。19世纪后欧洲修建了很多缆索承重桥梁，如图1.2，主要包括4种典型结构形式：

（1）悬索桥，如图1.2（a）所示的1741年英国的温奇桥（Winch Bridge）。

（2）斜拉桥，如图1.2（b）所示的建于1817年的国王草甸桥（King’s Meadow Bridge）。

（3）斜拉悬吊组合桥，如图1.2（c）所示的1838年重修的德雷堡修道院桥（Dryburgh Abbey 2nd）。

（4）悬索桥，如图 1.2（d） 所示的联合桥（Union Bridge）。国王草甸桥和德雷堡修道院桥都是人行桥。尤其德雷堡修道院桥，桥宽仅4 英尺（1.22 m）。(www.xing528.com)

图1.2　欧洲近代缆索承重桥梁

值得注意的是，第一座德雷堡修道院桥是一座无背索斜拉桥，跨中索面扇形布置， 如图1.3所示。这座桥因刚度小桥面容易大幅度振动，在1818年1月15日的风暴中垮塌。

图1.3　第一座德雷堡修道院桥

19 世纪上半叶，美国人在建筑领域主要使用木材而不是钢铁，直到詹姆斯·芬利（James Finley）于1808 年建成第一座锻铁眼杆悬索桥。此后，悬索桥的主缆结构形式朝不同方向发展：根据芬利的提议，英国多采用锻铁眼杆组成的主缆结构，而法国更倾向于缆索，其原因是两国钢铁工业上的差异。1850年前，法国曾建造过上百座悬索桥，主要归功于马克·赛昆（Marc Séguin）。然而1850年昂热悬索桥（Basse-Chaîne Bridge）的垮塌造成了226人死亡，此后悬索桥在法国停滞了很多年。由于法国的影响，美国采用钢丝代替链杆，形成了一套标准结构形式。

早在 1784 年德国吕斯彻（Loscher）就曾提出斜拉桥的概念，1821 年法国人波耶特（Poyet）提出钢拉杆斜拉桥，1840年英国哈特利（Hateley）提出平行布索。19世纪就曾建造斜拉桥，但是因材料性能和计算分析手段的局限，斜拉桥发生多起垮塌事故，如1825年垮塌的宁堡斜拉桥（Nienburg Cable-stayed Road Bridge）就是一个代表。后来，法国工程师纳维尔（Navier）参观了英国1818年垮塌的斜拉桥并做了分析，虽然没否定斜拉桥设计，但提出了其建造的难点，明显降低了此后工程师建造斜拉桥的热情。因此，直到 1949 年德国工程师迪辛格尔（Dishinger）发表斜拉桥结构体系的研究，现代斜拉桥才开始发展。