灾难 (Catastrophe)
1964 年阿拉斯加百万美元大桥倒塌
2007 年 10 月,数十名双子城居民聚集在一起讨论在明尼阿波利斯和圣保罗之间修建一座新桥。他们的反馈意见将帮助设计人员设计一座新桥来取代当年早些时候倒塌的那座桥;8 月 1 日,八车道 I-35W 大桥中央 1,000 英尺(305 米)跨度的桥发生灾难性倒塌,从 108 英尺高处坠入密西西比河。十三人死亡,数十人受伤。居民们心情低落但乐观,准备支持重建。然而,坐在一张桌子上的人却面色灰白,沉默不语。他们是明尼苏达州交通部的工程师,后来被免除责任,他们被委托负责倒塌大桥的维护。除了直接的悲剧性成本外,桥梁倒塌还会造成其他不太明显的损失。
不过,也有一线希望:I-35W 倒塌引发了一场关于美国基础设施腐朽的迟来的讨论。艾森豪威尔时代是公路和桥梁的鼎盛时期,1956 年《联邦公路援助法》颁布后,公路和桥梁的数量成倍增加,许多桥梁的结构寿命已到尽头;通常,一跨桥梁的预期寿命为 50 年。2013 年,美国土木工程师学会报告称,美国 607,380 座桥梁中,有九分之一存在结构缺陷,平均寿命为 42 年。
这座桥似乎是永恒的事物之一;它不可能倒塌。
——桑顿·怀尔德,《圣路易斯雷大桥》,1927 年
这并不是第一次调查。1889 年,工程师西奥多·库珀 (Theodore Cooper,1839-1919) 记录了火车施加的载荷。他呼吁仔细计算应力、进行材料测试和检查,但他补充说,桥梁的稳定性更多地取决于工程师的直觉,而不是“仅仅依靠应力理论”。十八年后,当他参与了一场臭名昭著的桥梁倒塌事件时,他的话又回来困扰他。
到十九世纪末,随着铁路的扩张,桥梁倒塌变得越来越频繁和令人恐慌。资深学者仍在争论有多少座桥梁倒塌——有人说四分之一;另一些人说四千分之一。许多倒塌都是由结构缺陷以外的原因造成的,包括火车脱轨、火灾和洪水。
伊蒂尔镇的口号是“按英里建造,按码切割”,描述了许多公司竞相建造更多更长的铁路桥的态度和方法。虽然这促进了经济实用的金属桁架桥的发展,但也充斥着腐败——在材料和桥梁技术设计审查上偷工减料的情况并不少见。然而,由备受尊敬的工程师设计的桥梁也倒塌了,这表明人为失误在桥梁倒塌中发挥了普遍作用。
罗伯特·斯蒂芬森 (Robert Stephenson) 于 1846 年建造的横跨英国迪河的迪河大桥是当时最长的金属桁架桥,是第一座金属桥倒塌的案例,如果当时已知的信息能够提供给工程师,这种倒塌或许可以避免。早期桁架桥的成功导致其跨度长度逐渐增加,而没有考虑额外长度带来的额外结构需求。桥梁大梁在这些未考虑的压力下弯曲并于 1847 年 5 月 24 日倒塌,造成五人死亡。
2007 年,明尼阿波利斯密西西比河上的 I-35W 大桥倒塌,引发了全国范围内关于桥梁基础设施老化的讨论。
1879 年,泰桥倒塌
1907 年魁北克大桥倒塌
2005 年飓风卡特里娜席卷密西西比湾沿岸地区后,密西西比州比洛克西与欧申斯普林斯之间的美国 90 号公路大桥只剩下了支撑柱。
2001 年 9 月 11 日,双子塔倒塌,摧毁了曼哈顿下城的几座桥梁,包括跨度 95 英尺(29 米)的北桥。它的孪生兄弟(如图所示)位于更南边,幸存了下来。
1879 年 12 月 28 日,托马斯·布奇 (Thomas Bouch) 设计的横跨苏格兰泰河的泰桥在一场大风中倒塌,造成 75 人丧生。这座铁路桥于 1878 年完工,被誉为“工程上的胜利”,布奇也因此获得爵士称号。后来人们发现,布奇过于自满,他依赖的是过时的数据,而忽略了猛烈阵风的动态力量。
1907 年,加拿大圣劳伦斯河上的魁北克大桥倒塌,技术错误、公司吝啬、沟通不畅和职业傲慢等因素共同导致了 75 名工人死亡。魁北克大桥公司聘请西奥多·库珀 (Theodore Cooper) 为凤凰大桥公司的悬臂设计提供咨询,库珀认为这是提交的所有设计中“最好、最便宜”的;魁北克通常希望尽可能少花钱。库珀将大桥主跨长度从 1,600 英尺(488 米)增加到 1,800 英尺(549 米),但并未重新计算应力。据 1907 年 11 月 28 日的《工程新闻》报道,当被问及他的工作是否合理时,库珀回答说:“没有人有资格批评我们。”
1907 年 8 月,大桥南臂悬挑约 600 英尺(183 米),发现大桥底部和顶部的桁架构件或弦杆弯曲后,人们进行了三周的争论,争论的焦点是它们何时弯曲,而不是弯曲的原因。库珀在大桥上部结构施工期间从未到现场,他于 8 月 27 日发了一封电报,要求停止施工,直到弦杆弯曲问题得到解决。电报被忽略,要么未送达,要么未读,施工一直持续到 8 月 29 日大桥倒塌。讽刺而可怕的是,它的替代桥也在 1916 年倒塌,造成 13 人死亡。
魁北克大桥灾难将影响长距离悬索桥的发展。然而,塔科马海峡上的悬索桥在 1940 年倒塌,因为设计师没有考虑空气动力(见此处)。1970 年,两座新型钢箱梁桥倒塌,一座在威尔士,另一座在澳大利亚,原因是设计和施工问题。
1977 年,保罗·西布利和阿拉斯泰尔·沃克注意到了三十年的桥梁倒塌周期及其共同特征。所涉及的每座桥梁都是一种新型桥梁(桁架梁、桁架、悬臂、悬索和箱梁),是为了应对早期桥梁倒塌而开发的。工程师兼作家亨利·佩特罗斯基将西布利和沃克的研究结果延续了三十年,并推测下一次倒塌可能涉及斜拉桥设计,这是最新类型的桥梁。
虽然人为错误永远是一个变量,但其他领域的改进——更可靠的材料、更好的施工方法、更广泛的测试,以及认识到失败最能说明成功的设计,应该被广泛记录和分享——已经消除了一些不确定性。桥梁仍然很脆弱。气候变化造成的极端天气造成了灾难性的损失,全球动荡也是如此。还有很多工作要做。每四年,美国的土木工程师都会评估国家的基础设施并发布一份老式的成绩单。2017 年,美国的桥梁获得了 C+。
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