大桥还未通车便两次垮塌他的狂妄让88条生命葬身钢筋之下Word格式.docx

1、自此以后，魁北克大桥成了教科书里最臭名昭著的失败案例。大桥坍塌后的废弃钢材被当地大学买走，做成工程师之戒赠与一批批莘莘学子。缚于尾指的戒指会在每次工作时，不断惊醒工程师们何为责任。_1907年8月29日的下午，加拿大圣劳伦斯河上，魁北克大桥正在施工。按计划，这座悬臂桥*主跨长达548.6米，堪称当时最长的桥跨。此时大桥南北两端各自完工，就等中间的悬跨完成组装，一个震撼全球的大桥即将诞生。*注：悬臂桥的特点是，每段都在中间而非两端支承。如下图锚臂与伸出臂以中间支点平衡两端重量。本文所提及悬臂桥主要参考此图，稍记一下方便阅读时至下午5点半，收工的哨声适时响起。工人们放下手头的工作，三三两两有说有笑

2、地从桁架*上向岸边走去。突然一声巨响，南端锚跨处两根下弦杆突然被压弯，整个南端的结构都被牵动了。仅坚持15秒，南端整个完工部分连带着中间的悬吊跨一同垮了下来，19000吨的钢材落入河中。桁架是由直杆组成的三角形框构成，几何形状稳定不变的结构体。图中红圈部分既是锚跨的两根下弦杆随之坠入河中的还有在桥上工作的86人，最终仅有11人获救。尽管没有完成组装，但是大桥一举“震撼全球”的梦想依然实现了。整件事震撼了工程界，更是惊动了政府，好几年前埋下的恶果终于重见天日。在加拿大政府反复调查研究后，挖掘出背后的故事着实令人唏嘘。早在1850年，加拿大人就想在圣劳伦斯河上修建一座大桥。但圣劳伦斯河的最窄处都有

3、3.2千米，水深58米，修桥并不是一件容易的事情。何况这河常年保持14km/h的流速，随意激起的浪就有3个成年男子的高度。如果不是为了争夺加拿大东部主要港口的地位，恐怕修桥的事将遥遥无期。圣劳伦斯河，摄于2007年为了修桥，政府成立了魁北克大桥公司。公司颇具眼光地请来了西奥多库珀，美国最出色的桥梁工程师之一。将近60岁的库珀接过助手递来的圣劳伦斯河及其两岸的地图，眼中闪过欣喜的光芒。同为跨河大桥的英国福斯桥此时正号称全世界跨度最长，而眼前这个项目无疑能够轻松超过福斯桥。这仿佛是上天送给库珀的退休礼物，这必将成为他的最巅峰之作。西奥多库珀（1839-1919）魁北克大桥的招标时间设在了1898年

4、9月6日到1899年3月1日。参与投标的公司络绎不绝，最终由凤凰桥梁公司拿下了这次的施工合同。人们深知凤凰桥梁公司与魁北克大桥公司的两位总负责人，有着说不清道不明的关系。但因为是由库珀负责审查方案，专家的权威掩盖了招标的不公平、不透明。凤凰桥梁公司的方案是悬臂桥，是以悬臂结构为主的大跨度桥梁。悬臂结构形如一个天平，锚臂和伸出臂以中间支撑维持平衡。河两岸先建好“两个天平”，再连接上悬跨构成整体，全桥就能维持着巧妙的平衡。这样的构型又好又便宜，大桥一开始就肩负着低价高质的期望。魁北克大桥的主跨初始计划是487.7m，库珀基于工程技术考虑，将主跨提升到了548.6m。这样桥墩只需设在较浅的水域，可以

5、避免春季浮冰的撞击，工期也能缩短一年。并且跨度增加后，就能超过了英国福斯桥的521m，使魁北克大桥成为最长的悬臂梁桥。桥墩，浅水架设能省不少事不过跨度增加，需要加强钢材使上部结构更有力，成本自然大大增加。为了降低成本，库珀想到一个妙计：将技术规定中钢材的许可应力*提高。钢材实际不需要任何变化，应力提高的理由也只需要基于库珀的经验和权威即可。凤凰桥梁公司与魁北克大桥公司都接受了这个建议，一方面也是因为不愿意花费多余的钱在实验研究上。应力既是钢材单位面积所承受的作用力，负载导致结构中产生的应力不能超过弹性极限。最终设计图10月份工程如期开工，不过库珀却因为健康问题没能到现场。他只需要在纽约的事务所

6、里坐着喝茶，现场情况都有年轻工程师马克鲁尔向他汇报。在大桥修建的前三年，他总共只到过现场3次。1903年，加拿大政府立项修建一条途径魁北克省的铁路。魁北克大桥则成了铁路驶过圣劳伦斯河的重要通道，政府迫切希望工程能够提前完成。加拿大政府的铁路运河部受命了解建桥工作，还计划另请一位顾问复审库珀的技术规定。库珀得知这件事后顿时火冒三丈，直接出面与他们交涉，因为他无法接受被另一位顾问骑到头上去。当部里得知要审的是库珀亲自操刀的技术规定，顿时态度大转变，更表示只要是他的手笔必然是准确的。工程施工的第6年，一位材料监督员向库珀汇报了大桥所用的钢料超出了预计量。这意味着大桥桁架受力大大增加，但因为南部的组装

7、早已进行了大半，如果要改动只能从头重新开始。库珀细细考虑两者的影响，最终给出“受力增加大致在7%到10%，能够承受”的结论。可随后，马克鲁尔连续四次发现，南部锚跨的下弦杆拼接时拼接面不吻合。前几次都是借用外力强行对齐，但也无法完全对直。与此同时，随着伸长臂向河中间越伸越远，出现严重弯曲的钢材将会就越多。没多久，这座桥因为钢材弯曲变形，仿佛大桥想将手伸向河面。负责与库珀联系的马克鲁尔急忙写信向库珀汇报了情况。信里写道，工程方上下都因为眼前的问题忧心忡忡，尽管工期极赶，总工还是为了安全暂时停止了修建。感到信件沟通不便，又担心电话通讯内容被他人知晓，马克鲁尔决定飞往纽约与库珀当面谈谈。但他不知道的是

8、，正当他前脚迈出加拿大，一位工程负责人又再度启动了修建工作。主观理由是不希望赶不上工期，对外则是宣称梦里梦见大桥毫无意外地完工。库珀在事务所招待了马克鲁尔，详细了解情况后，他们当即给凤凰桥梁公司发了封电报，要求继续停工等待。为了以防万一，马克鲁尔赶上最近的一班火车回去加拿大。或许是太匆忙，他竟忘了对库珀的承诺，没有电告魁北克方面停止工程。事后看来，库珀的决定已经迟了，虽然大桥未必还能挽救，但肯定还能挽救不少生命。下午3点，凤凰桥梁公司的工程师才收到了库珀的电报，却没有意识到问题的重要性。工人仍在大桥上继续完成中间的悬吊跨的组装工作，而另一边马克鲁尔也在5点赶到凤凰桥梁公司楼下。风尘仆仆的他与其

9、他工程师开了个会，距离收工只有不足1小时，其他工程师得知库珀的决定后仍觉得没必要立刻停工。就在他们约好次日一早就停工检查时，一身巨响带走了75人的生命。事后，加拿大政府立刻组织了一个委员会进行调查。调查过程中，委员会的人仍然对库珀很客气，专门到纽约与他进行了一场友好的会晤。此时的库珀却显得心神不宁，他怎么也不敢想大桥竟会垮塌，更糟的是75人因此失去了生命。这一次失事后他的职业生涯也彻底得终结了，事故的阴影笼罩他的余生，直至80岁逝于纽约。最终调查结果显示，是因为库珀高估了钢材的承受能力，弦杆失稳引起的。重新计算实际承重增加远不止7%10%，而是高达20%。另外，魁北克桥下弦杆处于美观考虑，设计

10、成微弯，不仅制造难度更高，同时也降低了屈曲强度*。屈曲是指细长件在受到压缩力时，因细长件弯曲变形造成结构实效，屈曲强度则是承受这个压缩力的能力。这直接导致了桥梁垮塌问题，但在工程过程中，两家公司与加拿大铁路运河部都过分信赖权威，放宽了规定也间接导致了坍塌。反观库珀就显得有些轻视了造桥工作，不仅很少来现场指导，也拒绝了另请顾问担负检查工作。几乎每个环节都存在失误，每个牵涉其中的人本都有机会制止惨剧发生。政府重建时，桁架大到能够同时站三个人加拿大政府不甘心失败，又在原桥墩上建造第二座魁北克大桥。这一次的钢材显然吸取了上一次垮塌的经验，只是纠正措施明显矫枉过正。新桥的上部结构重量竟是旧桥的两倍半，受

11、力的部分都显得丑大黑粗。过重的结构在合龙时出现了问题，一个支点突然断裂，其他支点受力倍增顿时全部扭曲变形。整跨重达5200吨的钢材就这样落入水中而损失掉，连带着13名工作人员的生命。凭借人命试错，第三次重新组装，克服了连接细节强度不够的问题，终于成功合龙。新桥在1917年竣工，这座世界上跨度最大的悬臂桥最终完工。这次事件促进了大量对压杆以及组合压杆的稳定性研究。因为事故发生也有部分原因是对压杆的稳定性能了解不够，从这个角度来说，所有结构工程师都有责任，因为问题始终在这，而出错的设计者可以是任何人。在两次垮塌后的科研工作最终填补了这块空白。被打捞起来的废弃桥梁钢材，最后被加拿大的工程大学联合买了下来。它们将用这些钢材打造一枚枚铁制戒指*，一直传承了下来。戒指意味着一个工程师的责任和社会心，如今这种模式甚至传到了美国，成为更多工程师的灵魂。按规定，戒指必须戴在常用手，这样才能时刻警醒工程师们直面良心。不用担心铁够不够用，因为铁容易生锈现在基本是用不锈钢，当然对于工程师们来说，始终是认为用着那些废弃钢材的。工程师之戒能被视作最珍贵的戒指，只因背后有着血和泪的教训。或许人们也需要一枚戒指，时刻警醒人们不可迷信权威。