7.3.1 压杆稳定——魁北克大桥在线视频

同学们 我们说力学的不断演进会促进桥梁的

构建 它的材料

他的不断的发展

那么

同时

桥梁的建设使用过程中所存在的问题以及事故也会反过来

让我们重新对力学理论进行审视 对力学的这样的一个应用进行一个

思考

魁北克大桥就是促使压杆稳定 这样一个概念进行重新思考和重新研究的一个

桥梁 那么魁北克大桥 它是位于加拿大魁北克省的这样的一个桥梁

它主要横跨在圣劳伦斯河上

魁北克大桥所横跨的这个圣劳伦斯河

最窄处

也有3.2千米 水深达到了58米

常年的流速达到14千米每小时

而且

魁北克省这个地区的

温度和环境与中国的东北气候性

接近他每年还有一半的时间是一个处于冰冻的

这样一个状态

所以在上面建桥是一个难度非常大的事情

而在这上面所建设的这个魁北克大桥它所采用的这样一个桥梁的结构属于这样一个悬臂桥的结构

它的主要的设计师这个是

西奥多库伯这样

这样一个人

悬臂桥的结构大概是这样一个形式 它主要有一个主跨的这样一个结构

然后两侧有两个锚跨

而这个结构是当时非常流行的一个钢架桥的结构 在他之前非常有名的桥梁就是英国的福斯桥

跨距 主跨的跨距达到了1700英尺

在1850年的时候

加拿大人就有意在上面修建这样一个魁北克大桥

但是直至1887年魁北克桥梁 公司才能够成立

然后才开始

进行一个

设计

在

1897年的时候 库珀担任这样一个桥梁设计的这样一个

咨询服务的这样一个人员

提供一些咨询的服务 到1900年的时候 库珀担任这样一个桥梁的顾问工程师

然后

开始对桥梁最初的一个设计方案进行了修改 它的主要修改内容是什么呢？

首先 最开始的桥梁的跨距是设计的是1600英尺

那么它的构型主要是一个这样纺锤形的构型与

英国的福斯桥的钢架结构类似

库珀为了

但是这样一个1600英尺这样一个跨距它存在一个问题是

这个桥墩是一个深水的桥墩

那么它的造价 它的工期都会

比修改

之前 修改之后的这样一个长 所以库伯

对原有的方案进行了调整 首先 他将跨距

从原来的1600英尺

提升到1800英尺

其次 他把这样一个深水桥墩

修改为浅水桥墩

使得工期缩短了一年 它这个修改 同时还带来一个非常大的

好处就是

它1800英尺的主跨的跨距

远远的超过了当时世界第一桥梁

福斯桥的这样一个1700英尺的跨距

如果这个桥梁能够顺利的完工 建成那么

魁北克大桥将成为当时的世界第一

钢架的这样一个

桥梁

所以

魁北克大桥

的设计方案进行了修改 然后再

1900年的时候开始进行施工

由于当时的这样一个顾问工程师库珀

在设计这个桥梁的时候 他的年事已高 所以他没有在现场进行监理

他是在远程进行一个

监理 而现场由这个

马克鲁尔这样一个工程师在现场进行监理

导致

现场的一些情况

库珀没有办法及时掌控 然后存在的问题没有及时进行修正

首先

在建设过程中出现的第一个问题就是在1906年的时候

建造人员发现 钢材的用量远远的超过当时的预期

然后对库珀进行了一个汇报

库珀

对钢材的这样一个用量 以及他的这样一个

承载的这样一个提升的情况进行了一个分析

给出了一个

结论就是受力增大至百分之7到10%

是能够承受的

他是如何得到这个结论的？

他修改了这样一个刚才的这样一个材料的使用系数

他认为 根据他过往的经验来说

如果仅仅考虑强度和刚度 他是没有问题的

但是 这就是局限于当时人们对于这样一个失稳

构建失稳这样一个认识的不足

得出这样一个结论

由此

桥梁继续施工

而在1907年的时候

在施工的过程中桥梁建设的问题就逐渐的凸显出来 包括它的很多下弦杆

发生了挠曲变形

这个挠曲变形非常的严重 然后直至到

1907年的8月

29号

桥梁突然的垮塌

造成了这样的一个魁北克大桥的倒塌

而在这个过程中

我们认为它主要是有两个问题

第一个是库珀 对于这样的一个

现场发现的问题并没有

认真的对待 或者说没有

非常严谨的进行一个

校核

钢材超过用量 他得出的一个

应对的办法就是修改许用应力

然后给出一个结论

使得桥梁顺利施工

然后让

希望桥梁如期能够竣工使用

由此导致了第一次的垮塌

而当时的这个事故的调查结论就是

由于下弦杆的失稳

造成他的垮塌

在第一次垮塌事件之后

魁北克大桥又进行了重新的设计 他所有的钢构结构

它的尺寸都进行了一个加强

钢材的用量也基本达到原来的2倍左右

但是在

桥梁的建设的过程中又发生了第二次垮塌 也就是它的支点

发生了断裂导致桥梁的垮塌 两次垮塌 总共造成了88人的这样一个死亡

这样的一个魁北克大桥的这样的一个垮塌 给我们

有两点启示 第一就是

魁北克大桥的垮塌 以及当时的一系列的这样一些

钢构结构

桥梁的垮塌使得

当时的

技术人员以及学者

对于这样一个桥梁的这样的一个

构型以及

他的这样建设技术提出了这样一个思考和重新的认识

促进了大量对于压杆以及组合压杆的这样的一个稳定性的研究

那么 这是第一个启示 第二个启示就是对于工程师来说

我们会发现 我们在建造的过程中 如果库珀能够及时的

发现桥梁建设过程中的任何一个隐患或者能够严谨的对待桥梁建设的

这样一些计算的结果

那么可能这个桥梁的垮塌也不会

造成 那么也就是说

工程师一定要严谨的对待这个事 有感于这一点

加拿大的七大联合

七大学院联合出资

将两次垮塌的钢材进行了一个

收购

并且用这样的一个垮塌的钢材的残骸

那个设计和制造了这样一个工程师之戒

把这个工程师之戒颁给获得工程师称号的 这样的一些人

这个工程师之戒一般是戴在工程师的这样一个手的尾指上

那么 他会时刻的提醒工程师在绘图和

计算的过程中

要记住 我们工程师之戒的由来

工程师之戒是一个耻辱之戒 它一个最昂贵的戒指 我们在绘图和计算的过程中

要时刻的

谨慎

警惕

要

记得我们工程师的社会责任和我们的这样的一个

计算的严谨 那么这个

就是我们魁北克大桥垮塌

给我们力学的这样一个

一个促进和对我们工程师的一个启示

这是我们今天要讲解的内容

谢谢