弓形主梁：大型桥梁建造的突破

尽管悬索桥是在19世纪初迅速起步的，但其发展历程因铁路时代的到来而中断了大约100年。在维多利亚时代英格兰建筑的25000座大桥中，绝大部分都是铁路桥。悬索桥是一种高柔性结构，在大的集中载荷的作用下，容易发生危险的形变。对公路桥来说，这个特征没什么大不了的，^[3]但火车的重量一般是货运马车或卡车的上百倍，所以它们引起的挠度变形很可能也高达百倍，而这是不能接受的。英格兰建造的铁道悬索桥中明显失败的没几座。那时的美国人面对更宽的河面及资金不足而信念有余的状况，在一段时间内坚持修建悬索桥，但最终不得不放弃它们中的大多数。

因此，对桥梁的需求不仅是又轻又便宜，还得有刚性且适宜大跨度。这推动了“系杆拱”或“弓形主梁”的发展（见图10-3）。拱颇具刚性，但它把相当大的力外推到了拱墩上。如果这些拱墩正好是由坚固的岩石构成的，那么这可能无关紧要，但在铁道施工过程中可能出现的许多情形里，局面却颇为尴尬。尤其不便的是，如果要把一个拱或一组拱架设在又高又细的桥墩上，这些桥墩可能承受不住巨大的侧向载荷。

图10-3　弓形主梁或系杆拱缓解了桥墩处的侧向推力，它在维多利亚时代的铁道工程师中颇受欢迎

然而，这正是维多利亚时代的工程师经常想做的事，因为他们频繁地让铁路大胆地跨越深谷，有时高度会达到100英尺或更多。解决该难题的一个办法是，借助承张构件将拱的两端连接在一起。这可以通过悬吊路面来实现，在这种情况下路面是为自身服务的：路面处于拉伸状态。

弓形主梁乍看就像一个带悬吊路面的普通拱，但其运作方式完全不同。现在，既然没有侧向推力或拉力作用在桥基上，桥基就只需支撑垂直向下的载荷，这些载荷源自主梁和桥上任何车辆的实际重量。事实上，整个结构可被架设在滚子而非刚性桥基上，并且人们通常就是这么做的，主要是为了给金属的热胀冷缩留出余地。因为这样的主梁不会产生纵向推力，所以它们能被架设在较窄的砖石砌柱上。(www.xing528.com)

弓形主梁可被视为完整、独立的单元，这一事实可能大大促进了大型桥梁的建造，因为它使得在远离桥本身的地平面上组装主梁成为可能。之后，人们乘筏将其运送至桥墩处，并借助千斤顶将其抬升到合适的位置。布鲁内尔在处理索尔塔什大桥的跨度问题时就是这样做的。我们将在下一章看到，系杆拱确实是“桁架”或格构梁大家族的又一个成员，结构工程领域中随处可见这些东西。

【注释】

[1]在伯克郡洛伯里山上的罗马要塞，距离我撰写这一章的地方约1英里处，人们发现一具妇女的遗体被浇筑进地基里。这种做法持续到了近代。1871年，英格兰的某位利勋爵具有重大嫌疑，人们怀疑他在沃里克郡斯通利的一座桥基里埋了一个“讨厌的家伙”。

[2]截至本书英文版出版之时，即1978年。——编者注

[3]特尔福德的桥都是公路桥或运河桥。美国人将悬索桥广泛地用来跨渠渡槽，水道则是以悬吊木槽输送的。当驳船从桥上经过时，净载荷自然没有变化，挠度也就没有变化。