世界建筑3000年补充：Britannia bridge的纪实

1850年通车的Britannia Bridge比如1859年完成的Royal Albert Bridge就采用了截然不同的渔腹桁架，而再后来的铁路桥则更加广泛地采用各式桁架，这些后续工程让Britannia Bridge几乎成为孤例。

为什么会这样这跟当时大跨度桥梁的设计方法有关。准确地说，对于150米（500feet）的海峡而言，当时的主要选型是拱或者悬索，因为桁架还无法处理如此跨度和恶劣天气。再具体一点，木桁架无法跨海，铁桁架刚刚出现且跨度太小，即使强行使用其需的大量桥墩不仅在造价上也不具备竞争力。另一个问题是刚度，其实早在1826年Menai海峡就已经建成了第一座悬索跨海大桥，但该桥在通行火车这样的可变荷载时变形剧烈。而且悬索本身也主要为应对均布荷载而设计。因此在1840年英国，当时人们最容易想到的解决方案是悬索桥+刚度超大的桥面。但与铁路工程师Robert Stephenson合作的结构工程师William Fairbairn慢慢意识到，当桥面板不断增厚，火车可以利用桥面内部空间行驶，并且更加经济。得益于这项来自船身设计的启发，结构最终定型为带有悬索的厢式桥。

但在概念设计之后，接下来还需要确定箱型截面，桥墩位置等定量参数。William Fairbairn通过模型实验出了矩形是最佳截面，并且确定了桥墩的位置。在实验中他也意识到一根长的连续梁的结构效率要优于一系列简支梁。最终中间主跨长达140米，高达9.6米，而连续梁总长达到了惊人的461米。关于截面的确定，William Fairbairn邀请了Eaton Hodgkinson的支持，其计算方法是采用经验公式：W=26Ad/L

即梁垮塌的荷载=26下弦材料洁面x梁高/跨度。设计师团队并未对截面做出材料优化，这也导致该桥最终有较大的结构冗余。另外单跨梁段重达1500吨，其定位和顶升在当时的困难程度可想而知。

同样从这个简单的公式可以知道，尽管关于连续梁弯矩的计算方法早在1825年就已经由法国工程师Navier提出，但当时工程师在具体实践中未必会采用，甚至知晓。而更加简单的方法在1856年才由法国工程师Clapeyron提出，也就是我们今天高中物理课必学的“三力矩定理”（theorem of three moments或Clapeyrons theorem），这个时间甚至晚于Britannia Bridge建成。而更加有趣的是，英国工程师对于连续梁的计算方法是以Britannia Bridge为案例所展开的，Pole和Edwin Clark的计算方法于1850年发表，其研究相当程度上依赖对Britannia Bridge的观察和测量。也就是说Britannia Bridge的建造不仅领先于计算方法，甚至还相当程度上推动了计算方法的发展，至少在英国如此。

在Britannia Bridge之后，厢式铁路桥不再被采用，但铁质连续梁却得到了进一步发展。在法国和英国的设计和计算方法影响下，“铁质连续梁铁路桥”在美国、德国、西班牙等地区不断被建造，到了1860年前后，计算中甚至出现了图解方式。至此，概念设计、理论计算、建造实施三者进入了协调并进的阶段。但是在新的使用需求产生之时（本案中跨海铁路大桥），工程实践往往领先于理论和计算，但这种领先被快速追平，并且在随后10至20年的工程实践里得到了快速应用。但在历史发展在相当程度上是相似的，仅仅在50年后，当混凝土在20世纪初被大规模应用之时，我们将看到长达半个世纪的“实践先行”。

书评：补充这样一段小故事就是为了说明，该书写作的最大问题实际上不是对某些重要案例的忽略，而是粗略地将计算、材料、工程并置，从而勾勒出了一张线性发展的历史图景。而真实的历史进程是混杂、牵绊，甚至是反复的。计算、材料、工程三者间的“突破与跟随”同样是值得展示的历史图景。所以从写作层面，对历史事件间关系的展示往往要比某一时间线上事实的罗列更加重要。