便宜木制桁架-解决永久性桥梁问题

这条路靠着简陋的栈桥横跨数百英尺深的山谷，这些栈桥在列车的重压下嘎吱作响。显然，再也找不到比这些结构更不牢靠的东西了，我总是在安全抵达另一边时长吁一口气。从车窗看出去，下方有令人眩晕的深度，着实可怕，若这脆弱的结构崩塌——仿佛即将发生——我们应该都会粉身碎骨，断无生还的希望。即便在东部诸州，这类原始桥梁尚存的也不在少数，据说几乎没有事故是因为它们的使用而发生。然而，它们极易毁于火灾，此乃从蒸汽发动机中掉落的灼热煤块所致。

——萨缪尔·曼宁（Samuel Manning），《美国风光》（American Pictures）

英国铁路笔直、水平地跨越起伏的英格兰地貌，靠的是大量使用路堑、路堤以及壮观的石砌和铁制高架桥。这种工程上的铺张取决于资本和劳动力的供给，二者在维多利亚时代的英格兰皆充足。美国的情况则完全不同：^[7]距离遥远，资本稀缺，即便是无技傍身者工资也很高。在这个自由的国度，人人都是业余的，欧洲式的能工巧匠几乎没有。铁很昂贵，但廉价的木料无数。最重要的是，美国的铁道工程师就像他们的蒸汽轮船同行那样，准备用他人的生命和财产来冒险，这使得不列颠工程师的烟囱似的礼帽下的头发都竖了起来。而这些不列颠工程师并非过分谨慎之人，如今看来还有些轻率。当然，19世纪的美国人惯于险中求生，这更多应归因于他们的工程师，而非印第安人或绿林强盗。

铁路以尽可能快的速度向西推进，伴以最少的昂贵路堑和路堤。当条件适宜时，可借助那些令曼宁牧师感到害怕的巨大木制高架栈桥来跨越山谷。传统上，它们总是与美国铁路相关联，而且多数留存至今（见插图15）。从它们建成之日起，美国铁路公司便财源滚滚（中央太平洋铁路公司据说已发放了60%的红利），所以他们很快就能把许多不牢靠的栈桥换成结实的填土路堤，靠的就是从特制列车顶部倾倒泥土，直到整个木制结构被埋在土里，留待腐烂。

高架栈桥无法跨越宽阔起伏的河面，所以需要建造长跨度的大型桥梁。欧洲式的永久性桥梁常因资金和技术劳动力的缺乏而不可行，所以极度需求长且便宜的木制桁架，它们可由技术平庸的工人来制造。因为这些桁架的建造有潜在的利益，以及美国人皆无可救药地想去创造，所以在19世纪有相当数量的美国人把他们的时间花在发明桁架上。你在教科书里可以发现相当多的桥梁桁架设计，彼此略有不同，都以其发明者的名字命名。我们不必将它们都详细列举一遍，因为它们的运作差不多都基于类似的原理，但其中有两三种值得一提。

其中最早的一个是鲍尔曼式桁架（见图11-14），它在美国的应用极其广泛，这或许更多是由于鲍尔曼的政治天才，而非技术天赋。他以某种方式说服美国政府，让其相信他的桁架是唯一“安全”的设计，并一度强制要求使用。这个立法程序可能也没有人们想象的那么难，因为多年来它已被专业的工程师视作实用的工作原则，美国国会议员对技术的无知完全可以说是无下限的。^[8]

图11-14　鲍尔曼式桁架

图11-14展现了只有三个节间的简化鲍尔曼式桁架。在实践中，通常还需要更多的节间，整个体系也趋于复杂化。除此之外，承张构件也过长。芬克式桁架（见图11-15）和鲍尔曼式桁架发挥的作用一样，但若能用更短的构件就更好了。

图11-15　芬克式桁架(www.xing528.com)

我们可以有效地沿芬克式桁架的底部放置一个连续构件，将之或多或少地转变成普拉特或豪氏桁架（见图11-16）。

图11-16　普拉特或豪氏桁架

这就是通常在传统双翼飞机上使用的桁架。我们将会看到，将普拉特或豪氏桁架颠倒过来也一样好——不论是在中拱还是中垂的情况下——只要我们采取某些常识性的预防措施。此外，如果让所有构件既能承张又能承压，我们就可以将该结构简化为沃伦式主梁，如图11-17所示，或者类似的形式，这是最常用的普通钢构桁架。

到目前为止，我们把所有这些桥梁都看作简支梁，当然，它们中有很多过去和现在都是简支梁。然而，也有一些梁式桥属于悬臂桥。不知何故，悬臂桥在木制构造中从未真正流行，但它们如今广泛应用于钢材和混凝土建筑中。很大一部分横跨高速公路的桥梁都是钢筋混凝土悬臂桥，其中央部位就是架在两个悬臂末端的简支梁（见图11-18）。部分原因在于这样的配置更容易适应挠度变形。然而，有少数桥梁上面的两个悬臂正好从两边伸出来，在中间相遇。

图11-17　沃伦式主梁

图11-18　中央部位是简支梁的悬臂桥

在兴建超长铁路桥的年代，建造大型钢悬臂桥成为潮流。其中最著名的例子是1890年落成的福斯铁路桥，它是第一座用平炉钢建造的重要桥梁，事实上，它用了51000吨平炉钢。但是，公路桥往往不需要像铁路桥那样有如此大的刚性（福斯铁路桥据说是世界上唯一一座允许列车全速通过的大型桥梁），所以大部分现代桥梁都是悬索桥，它们的造价通常更便宜。福斯公路桥与其邻近的铁路桥的总跨度相近，它完工于1965年，仅用了22000吨钢材。