一生一桥：世界上第一座钢桥，开启大跨径钢拱桥时代
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借本次“桥”主题竞赛，就让我们一起来聊聊世界上第一座钢桥。虽然“钢”在现在看来是最普通不过的一种材料，但是在近一个半世纪以前，钢是一种刚被应用不久的新型材料。今天我们要聊的这座钢桥，虽说比不上现代大桥的气魄风范，可以说是当时世界最Fashion的大桥了。
01.
伊兹桥▶▶▶密西西比河上最古老的桥
作为美国第二大河流，南北走向的密西西比河是一个重要的沟通南北，连接东西的大动脉。位于密西西比河中段的圣路易斯地区从18世纪以来就是美国重要的交通枢纽和西进门户。在19世纪美国内战结束后的铁路网络建设过程中，作为对传统漕运的补充，伊兹桥连通了该地区密西西比河东西两岸的铁路网络和公路网络，促进了运输流通和经济发展。
02.
世界上第一座以钢结构为主的桥梁
▶▶▶ 开启大跨径钢拱桥时代如今，布满铁锈的伊兹桥已经不复当年的辉煌，但在建成之时，伊兹桥可以说是创下诸多世界纪录，其最大的亮点是它采用的钢铁拱形结构。大桥建成后开启了大跨径钢拱桥的新时代，美国从此放弃铸铁和锻铁拱，肯定了精确的数学计算、材料的检验技术、悬臂安装方法及合龙技术。此桥建筑的新概念、程序和设备，在钢桥中延续使用达40年。
钢结构的建筑物在今日我们的日常生活和旅途中司空见惯，但在近一个半世纪以前，第一批用于铺设铁路的商用钢直到1867年才由平炉炼钢法锻造而成。这种新型材料的发明使工程师得以应对建筑物中的拉伸应力与屈服应力，便很快就被大量投入到桥梁建造当中。伊兹桥(Eads Bridge) ，就是历史上钢材料大量运用于桥梁建造的第一个成功案例。
正在建造中的伊兹桥© Net
03.
一生一桥
▶▶▶詹姆斯·布坎南·伊兹 詹姆斯·布坎南·伊兹
James Buchanan Eads
1820-1887
伊兹桥根据其设计师和建造者詹姆斯· 伊兹(James B. Eads) 命名，虽然大桥官方定名为圣路易斯大桥，但直到今天，圣路易斯市的市民仍然称其为“伊兹桥”（Eads Bridge）。詹姆斯·伊兹1820年5月23日出生于美国印第安纳州的劳伦斯基堡，1887年3月8日在巴哈马拿骚去世。伊兹倾尽毕生精力为圣路易斯市设计了这座独特的桥，在这之前和之后从未设计过第二座桥。
当大桥建成之时，圣路易斯市把它视为复兴“圣路易斯为将来世界大城市”的象征。伊兹桥的建成使圣路易斯市成为了当时美国中部的铁路枢纽，对圣路易斯市的发展和美国西部的开发起到了不可估量的作用。对美国西部来说，伊兹桥是土木工程领域成就的象征，堪比东部的布鲁克林桥。由于伊兹的卓越成就，他于1920年被选入“美国名人祠”（A merican Hall of Fame），他也是第一个受此殊荣的工程师。
04.
沉箱法建造桥墩
▶▶▶ 基础施工中的设计与技术创新
设计师伊兹认为桥梁的基础是最重要的一个部分，为了保证桥梁的安全和稳固，基础部分要固定于河床的基岩。在谈到要将桥墩立在基岩上时，伊兹写道：“我曾有机会在洪水期间考察密西西比河底。在水深20米处，河底至少有3尺深是一片移动的物体。我能感到泥沙以接近水面的流速冲过我的指缝。我坚信如不将桥墩直接立在基岩上，就没有安全可言。在这一点上，比其他任何问题都坚信我是对的。”
面对密西西比河每秒3.8米的湍急河流以及冬季浮冰的挑战，伊兹没有如此大型桥梁的建造先例或者类似深度的深水作业先例可以借鉴，他不得不创造全新的设计和施工方法来克服困难。伊兹采用了一套气动沉箱系统来建造桥墩。他改进了当时的气密装置设计，并且发明了一种用来加快沉箱内部泥沙发掘的砂泵。铁质沉箱之后被灌入水泥，浇筑成桥墩的基础。施工团队建造了当时最大的沉箱，并完成了当时最深的水下压缩空气作业：伊兹桥东端的桥墩基础达到了水面下约136英尺（41.5米）的深度。在建造沈箱时，因为当时医学的局限，有15名工人因为快速减压导致的沉箱病而死亡。
地基建造剖面示意图© Net
05.
合金钢
伊兹桥是当时世界上最长的拱桥，加上设计时苛刻的标准，使得材料和建筑方法上必须有所突破。当时绝大部分的拱桥均为石制，而铁桥使用便宜的铸铁，两种材料无法支撑巨大的桥面和公铁路交通。因此伊兹创新性的使用了合金钢作为主承力构件。高强度的锻轧合金钢可以支撑高乘载，使大跨度的现代拱桥成为现实。
钢在历史上第一次作为首要的金属建材运用于大型工程当中。三个桥拱都被设计为带肋钢拱，每一个桥拱都由四对钢管组成，每对钢管的上部和下部之间由铁桁架支撑。设计过程几经修改，保证了铁路架设在主跨拱腹的上方。在建造过程中，钢拱的两半分别从相邻的桥墩相对应的一侧伸出，由临时搭建的高塔伸出的缆绳吊起，直到两个对称的部分在中心由一个经过特殊设计的螺纹联轴器相连接。当时的炼钢产业尚未成熟，但是伊兹对每一个定制钢构件的质量都严格把控，保证了这一创新材料在工程中的成功应用。
钢拱施工过程© Net
▶▶▶值得注意的是，虽然158米的主跨长度在今天显得平平无奇，在当时却使得伊兹桥成为世界上跨度最长的拱桥。尽管该记录在三年后的1877年就被位于葡萄牙的玛丽亚·皮亚桥 (Maria Pia Bridge) 所超越（主跨160米）， 伊兹桥的建成仍是19世纪工程史上一次设计、建造与材料应用的重大突破。作为美国的国家历史地标之一，伊兹桥至今仍是该地区一条重要的公路与城市轨道交通线路。
地铁穿过伊兹桥© Net
作者信息
马雨童
MA YUTONG
坐标：美国，St. Louis
Washington University 建筑学硕士学生
*本文由UEDITOR海外通讯员供稿
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“BRIDGING”永新古城文星桥国际设计竞赛
竞赛名称
“BRIDGING”永新古城文星桥国际设计竞赛
报名截止时间
2020年9月1日24:00（北京时间）
作品提交截止时间
2020年9月15日18:00（北京时间）
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“BRIDGING”永新古城文星桥国际设计竞赛
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- 承办单位 -
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