福斯桥(Forth Bridge),又叫福斯铁路桥,是指爱丁堡城北福斯河(Firth of Forth)上的铁路桥。全长2467米,是世界上最长的多跨悬臂桥。钢结构,是一座弦杆用管形杆件的双伸臂梁铁路桥,主跨跨径519米,铁路高出水位47.8米,因风力过大,桥梁桁架做成向内倾斜,塔顶宽约10米,塔底宽36.6米,全桥共计3个桥塔,六个伸臂,各长206米,悬跨长107米。利用悬臂式钢梁,支撑两跨各为46米长的钢架,主通航孔桥由三个钢“纺锤型”桁架、两个钢桁架挂梁组成。全桥共使用约5.8万吨的低碳钢,使用了650万个铆钉。1882年开始建造,1890年完成。现在仍在通行客货火车。
福斯河发源于苏格兰斯特灵郡山区,向东蜿蜒流入福斯湾,继而注入北海。福斯桥连接南岸爱丁堡的南昆斯费里(South Queensferry)与北岸法夫区的北昆斯费里(North Queensferry)。
这座桥的设计师是约翰·富劳尔(John Fowler)和本杰明·贝克(Benjamin Baker)。他们创新性地提出一种悬臂桥设计方案。整座桥包含2个主跨、2个边跨和2个15跨的引桥。主体3个桥塔高110米,由花岗岩桥墩支撑。每座桥塔有两个伸臂,各长207米,构成主跨的伸臂之间用107米长的挂梁对接,使跨径达521米。这在当时是世界上主跨最长的悬臂桥,直到1919年加拿大的魁北克桥建成(主跨跨径549米),“最大跨”纪录才被改写,成为第二。
人体展示福斯桥的悬臂技术原理
悬臂桥的设计理念源自贝克所欣赏的中国伸臂木梁桥(鹊巢桥)。悬臂技术在人类桥梁史上应用了几千年,通过上臂、下拱和格构梁来平衡桥体本身及过往车辆的重量,可以清楚地计算应力。由于福斯湾风力大,贝克将桥塔设计成向内倾的纺锤型,全部由粗细不一、长短各异的钢杆交叉拼装而成,在当时是一种十分新颖的构想。这种结构通透性大,阻风面积小,加上纺锤造型稳定性好,使桥体的抗风能力大大
利用沉箱挖掘海底淤泥建造桥墩
为在28米深的河床打地基建桥墩,施工方建造了6个巨型沉箱,通过调节箱内气压控制下沉或漂浮,工人们借此进入箱体进行挖掘。工程师威廉·阿罗尔(William Arrol)的加盟,实现了贝克建造大型钢桥的梦想。阿罗尔利用水压机成功把钢板制成直径近4米的巨管,还发明了一些新工具例如水力铆接机,将百万铆钉钉入大桥变成现实。