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魁北克大桥,领略圣劳伦斯河风光

魁北克大桥是一座宽29m,高104m的桥。因其177m的悬臂支承着195m长的中间段构成主跨,迄今为止,该桥仍保持着世界第一的悬臂梁桥跨径记录。由于命运多厄,在1987年,加拿大及美国土木工程师协会宣布Quebec Bridge为历史纪念地,1996年授予历史遗迹称号。
方法/步骤
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所跨越的河流叫做圣劳伦斯河。圣劳伦斯河(Saint Lawrance River),是北美洲中东部的大水系。连接美国明尼苏达州圣路易河的源头和加拿大东端通往大西洋的卡伯特海峡,流经北美内陆约4000千米。

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在该桥未建成前,圣劳伦斯河是魁北克夏季的主要交通要道,但在冬季由于结冰这条河要到河面完全冻结后才能重新开通,因此早在1850s,当地居民就表现出极高的建桥欲望。可是圣劳伦斯河在其最窄处也有3.2km宽,且水深流急浪高,施工难度很大。因此直到1887年,该桥的建设才提上议事日程,当年魁北克的一些商人和政治家成立了魁北克桥梁委员会,他们最终推动加拿大国会通过提案,将委员会并(QBC),提供1 000 000$的发行债券。

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1903年QBC达成意向,免费为该桥进行可行性研究和前期准备,作为交换,将得到Quebec Bridge的合同。由于QBC的总工程师Edward Hoare以前从未负责过超过80m跨度的桥梁,因此QBC聘请了当时著名的桥梁建筑师Theodore Cooper对工程的设计与施工实施监督。最初提交的设计方案中主跨的净距为487.7 m,但是1900年5月,Cooper将其跨度延伸到了548.6 m,Cooper的理由是:1、 降低深水中建造桥墩的不确定性;2、 降低冰塞影响;3、节省桥墩费用。1898年桥址选定为首迪埃尔,并开始进行桥梁方案设计。

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魁北克大桥是当时最长的悬臂梁结构,悬臂达171.5米,两悬臂间支撑205.7米简支悬跨,梁体离河面45.7米,初始设计主跨487.7米。1900年5月,库珀将主跨增加到548.6米,避免深水墩和冰棱撞击,缩短桥墩施工时间。虽然跨度改变表面上是基于工程技术考虑,但跨度增加(以超过英国福斯桥)使库珀成为建造全世界当时最长悬臂梁桥的工程师也是事实(Petroski 1995;Middleton 2001)。

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魁北克桥于1900年10月2日正式开工。桥墩由大块花岗岩与混凝土填料组成,高度在最高水位之上约8米。墩顶以下5.8米的墩身用坚硬花岗岩,墩身设计成坡度为1/144的锥形,墩顶截面为9.1米×40.5米,墩身基础为长45.7米、宽14.9米、高7.6米的混凝土沉箱,重达1600吨。签署合同后,1903年完成引桥施工,但直到1905年7月22日才开始桥梁上部结构施工。许诺1908年底竣工,否则支付5000美元/月的违约金,直到工程完工。施工过程图片

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钢桁梁架设过程中,工人发现一些弦杆出现明显挠曲。当试图铆接这些弦杆时,发现钻孔排列并不在直线上,而且最不利受压杆件也出现了明显的弯曲变形,其挠度随时间的推移不断增加。桥梁倒塌前的最后一张照片如图所示。

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1922年,在魁北克大桥竣工不久,加拿大的七大工程学院一起出钱将建桥过程中倒塌的残骸全部买下,并决定把这些亲临过事故的这些钢材打造成一枚枚戒指,发给每年从工程系毕业的学生。然而由于当时技术的限制,桥梁残骸的钢材无法被打造戒指。用来纪念这起事故和在事故中被夺去的生命。于是,这一枚枚戒指就成为了后来在工程界闻名的工程师之戒。这枚戒指戴在右手小拇指上,制作图纸的时候咯着手指,时刻提醒着工程师们,要具有高度的责任感去设计安全、牢固和有用的结构。

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