福斯鐵路橋(英文:Forth Railway Bridge)位于英國蘇格蘭愛丁堡西邊,是跨越福斯灣海峽上的第一座橋梁,距今已經(jīng)有120年的歷史了。1890年3月4日大橋建成,威爾斯七世國王將一枚金鉚釘釘在橋上,宣告大橋竣工通車。
該橋主跨達(dá)521.2m,總長1620m,支承處桁高達(dá)110m。鐵路橋由一條中平衡懸臂橋和兩條懸跨組成。懸臂梁屬于桁架鋼梁,是由厚鋼管連接而成的。
這座橋一直被認(rèn)為是現(xiàn)代橋梁史上的一個重要里程碑,至今仍在使用之中,是名副其實的百年大橋。幾年前,橋梁英國的養(yǎng)護(hù)部門對結(jié)構(gòu)進(jìn)行了檢測,主要承重結(jié)構(gòu)仍然完好。只是對部分桿件和接頭處進(jìn)行了維修加固。
橋梁施工歷時七年,中間更換了設(shè)計工程師,修改了設(shè)計方案。七年中,施工動用了四千多名工人,高空施工中犧牲了98人,并造成了數(shù)百名人員傷殘。為了紀(jì)念這些為英國橋梁事業(yè)做出貢獻(xiàn)的藍(lán)領(lǐng)工人,后人在橋址處修建了紀(jì)念館。
據(jù)相關(guān)專家分析,福斯鐵路橋有以下技術(shù)特點。
1、用“紡錘型”桁架延伸橋梁懸臂,達(dá)到增大跨月能力。三個“紡錘型”桁架就像三個挑水農(nóng)夫并列一排,用三個扁擔(dān)延長跨度、平衡重量。
2、“紡錘型”桁架屬于“二力桿”,設(shè)計者將拉桿與壓桿區(qū)別對待。考慮受力的需要,每個拉桿均有四個小鋼管組成空心的構(gòu)件;而每個壓桿則由一大直徑鋼管組成。這種針對受力特點采取區(qū)別對待的設(shè)計很新穎。
3、拉壓桿交叉點自由相交。為了桿件受力清晰簡單,拉壓桿件在中途交叉處采用了自由相交而不是剛性聯(lián)結(jié),這樣更符合結(jié)構(gòu)力學(xué)中的二力桿受力特性,也大大地簡化了手工計算的復(fù)雜程度-因為那個是時候沒有電子計算,也不可能用到大型空間有限元法(Finite Element Method)來計算分析與仿真。
4、設(shè)置了維修通道。即使今天的很多橋梁,我們的很多設(shè)計人員也容易忽視橋梁維修檢修通道。但是,福斯鐵路橋在一百多年前就考慮了鋼筋混凝土維修通道及步梯,這樣便于橋梁在營運(yùn)工程中做周期性的檢修維護(hù)。這一點對于鋼結(jié)構(gòu)橋梁更是至關(guān)重要,因為鋼鐵銹蝕的防護(hù)會經(jīng)常用到這些通道。
5、抗風(fēng)能力強(qiáng)。由于整個橋梁才用了桁架結(jié)構(gòu)通透率很大,阻風(fēng)面很??;再加上“紡錘型”的橋型結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好。因此橋梁的抗風(fēng)能力大大增加,安全而穩(wěn)定。
6、海水銹蝕及防銹。海水中的鹽分、氯離子會加快鋼材的銹蝕,橋梁運(yùn)行一百多年,能完好無損的保持到今天其防銹技術(shù)肯定過硬,這是不言而喻的。