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铸铁桥:拉伸状态下的脆弱与危险

时间:2023-11-02 理论教育 版权反馈
【摘要】:铸铁对造桥的益处是双倍的。潘恩计划亲自设计并建造一座大型铸铁桥,横跨费城附近的斯库尔基尔河。由于延滞,潘恩的财务崩溃了,铸件也被折价售卖用于建造森德兰的威尔河谷上的一座桥。由于史蒂芬孙杰出的职业声望,铁路公司被说服建造了几百座铸铁梁桥。然而,正如我们说过的那样,铸铁在拉伸状态下脆弱而不可靠,这些桥被证实确实非常危险。

铸铁桥:拉伸状态下的脆弱与危险

关于拱桥的一些反对意见,可通过使用非传统材料建造来化解。18世纪70年代,约翰·威尔金森(John Wilkinson)等人——通过改进高炉大大降低了铸铁的冶炼成本——开始用铁铸造楔块。铸铁是一种完全不同于锻铁和钢的材料,它非常脆。它在压缩状态下像石块一样坚硬,但在拉伸状态下却变得不可靠,所以在建筑构造中,我们只能把它当成砖石。

铸铁的优势在于,它有可能将楔块等建筑构件铸造成中空格状框架的样式,使其相较于传统砖石重量大幅减少。此外,铸铁一般比刻石便宜,在《1832年改革法案》出台前后的品位退化趋势出现之前,这些铁铸件通常具有非常吸引人的形状。

铸铁对造桥的益处是双倍的。第一个益处是,它节约了劳动和运输成本;第二个也是更有意义的益处是,拱重量的减少降低了作用于拱墩的推力,允许工程师用更便宜的拱基建造更平的拱。

奇妙的是,第一批利用这种技术优势的人里就有托马斯·潘恩(Thomas Paine),他因著有《人的权利》(The Rights of Man)而名垂青史。潘恩计划亲自设计并建造一座大型铸铁桥,横跨费城附近的斯库尔基尔河。他来到英格兰订购铸件,在铸件制造期间,他作为法国大革命的拥护者前往巴黎拜访他的雅各宾派友人。但这些绅士却把他投进监狱,还差点儿将他送上断头台。直到罗伯斯庇尔政权垮台,他才被解救出来。(www.xing528.com)

由于延滞,潘恩的财务崩溃了,铸件也被折价售卖用于建造森德兰的威尔河谷上的一座桥。这座拱桥建于1796年,净跨度为236英尺,拱高仅为34英尺。40年后,布鲁内尔没有用铸铁建造梅登黑德桥,或许是因为他担心列车的振动会使脆性的铸铁开裂。不管怎样,他的砖拱运行状况良好。

19世纪期间建造了大量铸铁拱桥,虽然它们几乎都成功了,但这种方法今天却少有使用,主要是因为现在有更便宜的办法可达到同样的目的。不幸的是,非常平的铸铁拱乍看起来有点儿像梁(见第11章)。在结构上,两者完全不同,因为拱是(或应该是)全部处于压缩状态之下,而梁的下表面则处于拉伸状态之下。如果材料能被用来承载拉应力,那么就类似的用途而言,梁通常比拱更轻也更便宜。

某些早期的工程师,尤其是罗伯特·史蒂芬孙(Robert Stephenson),在这种经济前景的引诱下冒险使用了铸铁梁。由于史蒂芬孙杰出的职业声望,铁路公司被说服建造了几百座铸铁梁桥。然而,正如我们说过的那样,铸铁在拉伸状态下脆弱而不可靠,这些桥被证实确实非常危险。最终,它们不得不被逐一替换掉,铁路公司自然损失惨重。

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