一二七 稳定性设计 (第2/2页)

550米）。这次事故发生之后，特别的对钢结构再次进行了一次基本构件的实验，确定了压杆件的形状，材料的性质对它负荷能力的影响。也逐渐以此为基础重新定义了压杆件的使用范围。

    相比之下，1883年建成的布鲁克林桥，虽然最大单跨只有480米，但它使用了全新的悬索结构来拉着桥面，所以大大减轻了自重，工程上由于笨重的桁架桥。在那以后，便没有人再追求大跨度桁架桥，转而在大跨度上使用悬索或者斜拉结构来减轻桥梁的自重。

    这个事故被列为二十世纪人类十大工程事故之一，也是其中三个建筑工程上的事故之一。后来加拿大境内的工程科学生都用桥梁倒塌后的废钢材制作一个钢指环，来提醒他们要好好设计工程，不要再搞出这种事故。时至今日，废钢材已经用完了，但这个传统依然代代沿袭，深刻的装点着他们的文化优越感。

    回归正题，毫无疑问，即将修建的大礼堂的主梁，肯定要用使用桁架结构，也就是很多跟短的细的木材拼接而成，而不是一根粗壮的主材。

    关于桁架桥的典范，比如武汉长江大桥（9跨120米连续钢桁，1957年），南京长江大桥（10×160米连续钢桁，1969年）。同时也可以看出，它们都出于成本考虑，没有使用更大的单跨钢桁架。从技术上讲是简单粗暴型的，没有现在中国的大型工程动不动就世界第二，亚洲第一的豪勇。

    有一个比较搞笑的桥则是芜湖长江大桥，1997年动工2000年合龙。它是一个钢桁架和悬索混合桥。它的最大主跨只有312米，可以说相当烂了。但是由于它是一个分为上下两层的公路铁路混合桥，所以利用了钢桁架结构可以上下两层既能载荷又提供桥梁结构的特点，为了节省钢桁架的自重，提高跨度，它又额外使用斜拉索来强化桥梁的负载能力。所以就造成了今天的低塔、斜拉索加劲的连续钢桁梁新桥型。工程技术上很有省钱废材料，技术难度低的特点，但是长相，那就真的不敢恭维了。

    考虑到唐宋之际的技术水平，面对大跨度，他们有什么办法呢？一个就是赵州桥为代表的石拱。一个就是汴河上的拼接木拱。

    据考证石拱的跨度是37.2米，汴河桥的拼接木拱是差不多20米。为了降低施工难度，李治还是决定使用难度较低的拼接木拱。因为，架桥还好说，一端在平地上，一端在河面上，不用多高。可是给大礼堂架拱梁，那可是在五丈高（十五米）的柱子顶上，那可是五六层楼的高度。而拱的最高处近三十米高。不说别的，光施工阶段的脚手架就是一个很大的问题。

    要说简单粗暴的方法也有，那就是堆一堆夯土上去，修完了再拉走就是了。但那样也太浪费人力，时间和材料了。有金手指，当然要用更先进的办法。

    搭脚手架的时候，就要涉及到细长压杆件的受力问题了。李治从库房里挑选了一批毛竹，还有一批粗二十公分，的杉木来首先准备搭脚手架。为了减轻载重，毛竹作为斜撑和非关键部分的受力。二十公分粗的杉木，作为主支撑。

    作为脚手架，杉木的上下两端只能简单固定，下端可以“固定”，上面只能算“自由”。考虑到搭建桁架拱所需要的负载，如果使用六米长的杉木搭建四层高的脚手架，那么每一根杉木的临界负载只有：538公斤。不到一千唐斤。

    注：计算使用数据列表如下。

    木材的弹性模量E=10GPa，屈服强度30MPa.

    直径0.2米，圆形；惯性矩I=pi×D^4/64=7.854e－5(m^4)

    长l=6米，一段固定一段自由的调整系数是2

    临界力=欧拉公式pi^2*E*I/(2l)^2=5382N，也就是才500公斤的样子。这个柱子用来支撑房子，当然是肯定不靠谱的。

    比较一下，如果单纯计算材料屈服强度，这个木材受拉力和压力的数据则是942kN，差不多90吨。这个差别可以说是天差地远。

    有没有办法提高这跟棍子的载荷能力呢？有，你把它切成长度较小的一段一段，就可以支撑起90吨的重量了。所以从这个角度看，古代人使用木材性能的效率，是非常低下的。