埃菲尔和巴黎埃菲尔铁塔武际可.docVIP

埃菲尔和巴黎埃菲尔铁塔 上一篇 / 下一篇 ?2010-04-07 12:46:52 / 个人分类：科学史 查看( 33 ) / 评论( 0 ) / 评分( 0 / 0 ) ? 北大退休人员?? 武际可 ? 提要? 文章简单介绍了杰出的法国工程师埃菲尔在钢结构上的划时代的贡献，特别介绍了他主持设计和建造的法国巴黎埃菲尔铁塔和美国纽约自由女神像的结构。还介绍了他作为结构物在气流中的行为的空气动力学的开拓者的工作和一些研究结果。 ? 关键词 埃菲尔? 埃菲尔铁塔 钢结构 空气动力学 埃菲尔佯谬 ? 为了纪念1789年法国大革命100周年，在巴黎举行的世界博览会开幕前落成的埃菲尔铁塔，到现在已经经过了100多年仍然屹立在巴黎战神广场，供世人参观游览。 提起这座巴黎标志性构筑物，人们自然会联想到它的设计师，法国著名的工程师埃菲尔（Gustave Eiffel ，1832-1923)。由于这座构筑物太有名了，所以在提到他时，人们又自然会联想到他的最重要的贡献就是这座铁塔的设计。用他自己的话说：埃菲尔铁塔“把我淹没了，好像我一生只是建造了她”。其实，他留给世人可以回味的贡献是很多的。他不仅是一位功勋卓著的结构工程师、也是一位值得纪念的力学家。 埃菲尔像 ??? 埃菲尔最早出名是从设计和建造桥梁开始的。1860年，艾菲尔完成了当时法国著名的波尔多大桥工程，将长达500米的钢铁构件，架设在跨越吉隆河中的6个桥墩上。这项巨大工程的完成，使艾菲尔在整个工程界的名声大振。 ? ?? 波尔多大桥（railway bridge in Bordeaux） ??? 1867年至1869年间，他完成了在南法四座巨大的桥梁，其中最著名的是索尔河（River Sioule）上的高架桥，用两座高达59米的铁塔从山谷为基支撑着整个桥梁结构，这两座支撑塔上端逐渐变细，可以有效地承受强风，这可以说是巴黎艾菲尔铁塔的设计之前的预演。 其后，在1877年建造了葡萄牙跨杜罗河的玛丽亚铁路桥梁。这座桥，埃菲尔采用了双铰拱桥技术，在力学计算上，采用了1864年麦克斯韦刚发表的论文《On the calculation of the equilibrium and stiffness of frames》中所提出的求解超静定结构的力法。因此，在材料的节约和结构造型的优美上，都胜过了其他投标者。 ? ? 玛丽亚桥（Ponte Maria Pia） ???? 随后，埃菲尔的公司设计建造了数十座桥梁、教堂、纪念塔、车站等建筑。它们遍及世界各国，有智利、匈牙利、俄罗斯、墨西哥、土耳其、越南、比利时、葡萄牙、美国等等，每一座建筑都成为当地的标志性建筑。 埃菲尔建筑的特色，充分体现了时代的特点。他的建筑风格领潮流于19世纪后半叶。19世纪后半叶，人类迎来了钢铁时代。1851年在伦敦第一届国际博览会上，英国完全用钢铁和玻璃建造了一座“水晶宫”作为会场。1856年，贝塞麦（Henry Bessemer，1813－1898），首先在不列颠科技协会的一次会议上描述了他的炼钢法，当时他称之为“不加燃料的炼铁法”。随后大量低成本生产钢铁成为可能，逐渐开启了钢铁时代。把钢铁真正作为主要的建筑材料，以取代以往以砖石土木为主要材料结构建造的代表性人物，正是埃菲尔。 以砖石、土木为主要结构材料的时代，对结构设计的要求，主要是静力学，对于强度、刚度和稳定性的要求并不高。因此，建筑所能够达到的高度和复杂程度是有限的。而以埃菲尔开辟的新的建筑结构的时代，把古老的结构设计和现代力学相结合，设计出新的具有时代感的结构。1889年的法国巴黎埃菲尔铁塔，就是这种潮流的代表。后来人们给埃菲尔起了一个外号，叫“钢铁魔术师”（magician of iron）。 埃菲尔铁塔占地一公顷，除了四个脚是用钢筋水泥之外，全身都用钢铁构成，塔身总重量7000吨。它使用了1500多根巨型预制梁架、150万颗铆钉、12000个钢铁铸件由250个工人花了17个月建成。塔分三层，第一层高57米，第二层115米，第三层274米。除了第三层平台没有缝隙外，其他部分全是透空的。 为了完成铁塔的建造，埃菲尔设计了许多具有创造性的技术： 和当时其他的大型建筑工程不同，埃菲尔预先在自己的车间里面制造好所有的部件。也就是说，当这些部件被送往工地的时候，能够很快速的安装完毕。 铆钉孔预先以十分之一毫米的容差制作完毕。使得整座塔是由不超过3吨重的部件装配起来的，这使得只要用小型起重机就能够使工程顺利进行。 ? ? 埃菲尔铁塔（Eiffel Tower） ??? 在工程开始的阶段，有四个施工地点，即铁塔的支脚的塔墩。这些塔墩上的结构直到180英尺的高度才汇合，而这些桥墩汇合时必须能够达到设计要求的精度水平，这个完美的水平面将会作为余下800英尺的建造基础