2000多年前石拱桥是如何建造出来的?

愿意做你的晴天 2024-11-11 12:25:00

科学探索飞船。

这是2000多年前古罗马人建造的石拱桥。由于受石材重量的限制,早期的石桥一般无法超过30米,否则整个桥梁就会因无法承受载荷而坍塌。直到1779年,英国工程师为了拓宽桥面,决定使用铸铁来取代传统的石材。

先在工厂预制1700块组建,之后模仿木桥的建造方式将其组装在一起,并由5条半圆形铸铁拱肋组成一个中央桥拱。这样不仅能将桥梁控制在380吨,还能保持如石桥一样的强度和承重力。但如果想要建造更宽的桥梁,就需要增加脚手架来支撑桥拱,这会严重阻碍航道的通行。

对此工程师在之前的吊桥上寻找灵感,早期吊桥的绳子一般都系在两岸的树上,然后在中间添加木板形成桥面。为了增加载重量,将绳索换成了更为坚硬的铁链。为防止桥面不断下沉,又在桥的两岸各建造一对石塔,并用绳索将桥面拉平。

对此工程师决定先在河面两岸的坚硬岩石上凿出18米长的坑道,并在底部安装一组坚固的铁架,之后将沉重的铁链固定在构架上,最后再用金属杆将构架楔牢。但由于当时铁链的强度不足,很容易发生断裂事故。

当时有300多人同时挤在桥上观看马戏团表演,当演员在到达桥底附近时,人群都挤到了桥的一侧,从而使重量转移。铁链因无法承受负荷而当场断裂,所有人都掉进河中,共造成79人溺亡。

为防止此类事件再次发生,工程师进一步增加了材料的强度,将铁丝编制成铁缆。但由于这样会使其重量超过900吨,于是先利用滑轮把铁丝拉到对岸并拴在锚具上,然后将滑轮送回后再挂上一个铁丝。如此一来就能将数千根铁丝捆成一条强劲有力的铁缆。当四条铁缆都完工后,桥面就可以通车了。

虽然这能建造出更大的单跨桥梁,但如果遇到过宽的海峡,就需要在河中建造索塔,而河底松软的污泥和急流会使塔基变得极不稳定。对此工程师用厚木板打造一个沉箱,其内部能容纳125名工人进行作业。在利用拖船将其拖到指定位置后,用数吨重的花岗岩砌块将其压到河底,为避免河水涌入作业区,工程师又用13个巨型压缩机将空气泵入沉箱,将水挤出去的同时也解决了氧气问题。随着沉箱内部气压的升高,一旦打开管道门,河水就会立刻涌入作业区造成严重的后果。

对此工程师在管道口安装了一个气闸,每次只能打开一道门,这样就能维持沉箱内部的气压,使工人能够安全返回河面。当挖到岩床后在用混凝土填满内部,如此一来就建成了坚固的塔基。虽然这能让桥建的更长,但高度的限制却阻碍了水运交通。

对此工程师决定增加索塔的高度,但如果使用传统的石砌块材料,索塔会因无法承受过重的缆索而发生倒塌。于是工程师又将石块换成由四块钢板组成的钢管,并将它们用铆钉固定组合在一起,这样就增加了索塔的韧性,使其不会被缆索拉断。

随着大桥越建越大,在受到强风的影响下,很容易使桥梁出现晃动甚至扭曲。对此工程师将桥面两侧设计成流线型,这样就能最大程度的减小风阻带来的影响。为了满足更大的客流量,随着双层桥面的诞生,就会造成气流相撞使桥上下摇晃。

如果用长达两公里的钢板进行包裹加固,桥梁的钢缆根本无法承受如此巨大的重量。于是工程师用细钢条砌成一个较轻的钢架结构,并组成一个巨大的镂空钢骨架,这样就能让风穿过整个结构,不会对桥面造成影响。

同时为了防止突如其来的地震灾害,工程师又在每个索塔内部安装了20个巨大的液压式阻尼器。如果地震使索塔摇向一边,液压器摆锤就会朝反方向摆动,从而抵消地震所带来的晃动。

就是在这样一步步的技术突破下,一座可以抵抗大西洋风暴的悬索跨海大桥就建造完成了。

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