福斯橋(Forth Bridge)，又叫福斯鐵路橋，是指愛丁堡城北福斯河(Firth of Forth)上的鐵路橋。鐵路橋建成于1890年，是英國人引以為豪的工程杰作。橋梁的大部份結(jié)構(gòu)是鋼，傳說中等到把橋梁全部油漆一遍之后，前面的已經(jīng)褪色，就又得開始重新油漆了，所以“paint the Forth Bridge(給福斯橋刷漆)”成為英國俗語。
中文名福斯橋
外文名Forth Bridge
別 名福斯鐵路橋
建成時(shí)間1890年
主跨跨徑519m
性 質(zhì)公認(rèn)的鐵路橋梁史上的里程碑之一
1福斯橋簡介
福斯橋主跨跨徑519m，鐵路高出水位47.8m，因風(fēng)力過大，橋梁桁架做成向內(nèi)傾斜，塔頂寬約10m，塔底寬36.6m，全橋共計(jì)3個(gè)橋塔，六個(gè)伸臂，各長206m，懸跨長107m.
福斯河（River Forth，蓋爾語：Abhainn Dhubh，意為“黑河”），是英國蘇格蘭地區(qū)的主要河流之一。它發(fā)源于史特靈郡的山區(qū)，東流約三十公里后經(jīng)過史特靈市區(qū)，繼續(xù)向東至法夫郡金卡丁鎮(zhèn)（Kincardine）后，形成福斯灣（Firth of Forth），最后注入北海。
福斯灣南岸是蘇格蘭首府愛丁堡，福斯河流域也是蘇格蘭重要的人口聚居區(qū)。福斯橋，是蘇格蘭東側(cè)交通的樞紐地帶.
2福斯橋歷史
1882年開始建造的英國福斯海灣橋是公認(rèn)的鐵路橋梁史上的里程碑之一。這是一座弦桿用管形桿件的雙伸臂梁鐵路橋，設(shè)計(jì)人承認(rèn)，這座橋的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)是從中國的木伸臂梁（鵲巢橋）演變而來的。有趣的是，橋造成后7年，李鴻章出使英國，在參觀這座橋后，也想在中國的渤海灣建造一座。后來詹天佑在當(dāng)粵漢鐵路督辦時(shí)，提出的武漢長江大橋的方案就參照了福斯橋。外國人借鑒中國橋，中國人學(xué)習(xí)外國橋，科學(xué)技術(shù)就是在借鑒、學(xué)習(xí)、改革、創(chuàng)新中不斷發(fā)展的。
提到英國蘇格蘭你會(huì)想起什么？可能有一些人會(huì)想到蘇格蘭的高地美景，悠揚(yáng)的風(fēng)笛，男人的花格子裙，流傳世界的威士忌酒，還會(huì)想起尼斯湖水怪。沒錯(cuò)，這都是蘇格蘭的文化標(biāo)簽。不過，用更為專業(yè)的眼光來看蘇格蘭，還有很多東西值得大家去探究與借鑒，就像福斯鐵路橋、一座古老而富有創(chuàng)意的橋梁一樣，值得我們很多工程技術(shù)人員去了解與學(xué)習(xí)。
福斯鐵路橋（Forth Railway Bridge 1890）位于英國蘇格蘭愛丁堡西邊，是跨越福斯灣海峽上的第一座橋梁，距今已經(jīng)有118年的歷史了。橋梁施工歷時(shí)七年，中間更換了設(shè)計(jì)工程師，修改了設(shè)計(jì)方案。七年中，施工動(dòng)用了四千多名工人，高空施工中犧牲了98人，并造成了數(shù)百名人員傷殘。為了紀(jì)念這些為英國橋梁事業(yè)做出貢獻(xiàn)的藍(lán)領(lǐng)工人，后人在橋址處修建了紀(jì)念館。1890年3月4日大橋建成，威爾斯七世國王將一枚金鉚釘釘在橋上，宣告大橋竣工通車。
橋梁設(shè)計(jì)者是Thomas Bouch，這是一位最偉大的橋梁設(shè)計(jì)工程師。不過，在橋梁施工過程中另一座也是由Thomas Bouch設(shè)計(jì)的蘇格蘭海灣大橋Tay Railway Birdge在一次颶風(fēng)風(fēng)暴中土崩瓦解了，橋梁坍塌時(shí)正巧有一列列車通過，75名乘客因此而丟掉了性命，這一事件成為當(dāng)時(shí)英國歷史上最為嚴(yán)重橋梁事故。因此，Tay Railway Bridge的安全儲(chǔ)備及Thomas Bouch設(shè)計(jì)能力遭到公眾的質(zhì)疑，故福斯鐵路橋在基礎(chǔ)施工完成后工程被管理當(dāng)局中止。
Thomas Bouch去死后，福斯鐵路橋的設(shè)計(jì)工作由約John Fowler和Benjamin Baker共同負(fù)責(zé)。他們對原來的設(shè)計(jì)進(jìn)行了修改，沒有采用Thmas Bouch的懸索橋方案，而是用一種“紡錘型”或稱“橄欖型”的鋼式結(jié)構(gòu)取而代之，這就是世人今天所看到的福斯鐵路橋。其主跨521.30米，橋梁總長2528.70米，橋下凈空高度46.00米。按照上下行布置了雙幅軌道。
今天看來原懸索橋型的福斯鐵路橋并不是不可行，只是有一些生不逢時(shí)。一百多年前的Tay Railway Birdge的坍塌其根本原因就是沒有解決好風(fēng)荷載的問題，也就是風(fēng)洞試驗(yàn)沒有過關(guān)，或許當(dāng)時(shí)根本就沒有認(rèn)識到這個(gè)問題，也不可能有風(fēng)洞試驗(yàn)的試驗(yàn)室。正是因?yàn)楫?dāng)時(shí)技術(shù)條件的限制，所以才釀成了Tay Railway Birdge的坍塌，修改福斯鐵路橋的方案也成了情理之中的事情了。今天，我們在設(shè)計(jì)橋梁時(shí)尤其是在設(shè)計(jì)大江大河的橋梁時(shí)，對那些跨越能力很大的橋梁，特別注重風(fēng)洞試驗(yàn)，除主梁風(fēng)荷載外，還考慮了雪荷載，風(fēng)震及地震作用。
福斯灣上游連接福斯河。福斯河是英國蘇格蘭地區(qū)的主要河流之一。它發(fā)源于史特靈郡的山區(qū)，東流約三十公里后經(jīng)過史特靈市區(qū)，繼續(xù)向東至法夫郡金卡丁鎮(zhèn)（Kincardine）后，形成福斯灣（Firth of Forth），最后注入北海。
福斯灣南岸是蘇格蘭首府愛丁堡，福斯河流域也是蘇格蘭重要的人口聚居區(qū)。共有三座大橋跨河灣，分別是金卡丁橋、福斯公路橋和福斯鐵路橋，它們組成了蘇格蘭東側(cè)交通樞紐。
有趣的是，在福斯鐵路橋建成后7年，晚清軍政重臣李鴻章出使英國，在參觀這座橋后，也想在中國的渤海灣建造一座類似的橋梁。后來聽說，在建武漢長江大橋時(shí)，鐵路工程專家詹天佑在當(dāng)粵漢鐵路督辦時(shí)，參照福斯鐵路橋的構(gòu)思提出了武漢長江大橋的方案。
更為八卦的是，希區(qū)柯克的一部電影《三十九級臺(tái)階》中的最驚險(xiǎn)的場景就選在福斯鐵路橋上?；疖嚱?jīng)過橋梁時(shí)男主角Hannay為甩掉警察的追捕，縱身跳下了火車……
1882年開始建造的福斯鐵路橋是被后人公認(rèn)的橋梁史上的里程碑之一。它是一座由眾多鋼管弦桿構(gòu)件組成的雙伸臂梁鐵路橋，這種結(jié)構(gòu)形式有一些類似于上個(gè)世紀(jì)七八十年代中國大陸設(shè)計(jì)的T型剛構(gòu)橋。主通航孔橋由三個(gè)鋼“紡錘型”桁架、兩個(gè)鋼桁架掛梁組成，這種用類似于搭積木方式延長懸臂從而達(dá)到增大跨越能力的橋，即使在今天也不得不令人欽佩。
加固后的福斯鐵路橋。圖中白色的位置就是幾年前加固維修的部分桿件。
就在幾年前，橋梁英國的養(yǎng)護(hù)部門對結(jié)構(gòu)進(jìn)行了檢測，主要承重結(jié)構(gòu)仍然完好。只是對部分桿件和接頭處進(jìn)行了維修加固，見上圖。
細(xì)細(xì)觀察，發(fā)現(xiàn)福斯鐵路橋有以下技術(shù)特點(diǎn)。
1、用“紡錘型”桁架延伸橋梁懸臂，達(dá)到增大跨月能力。三個(gè)“紡錘型”桁架就像三個(gè)挑水農(nóng)夫并列一排，用三個(gè)扁擔(dān)延長跨度、平衡重量。
2、“紡錘型”桁架屬于“二力桿”，設(shè)計(jì)者將拉桿與壓桿區(qū)別對待?？紤]受力的需要，每個(gè)拉桿均有四個(gè)小鋼管組成空心的構(gòu)件；而每個(gè)壓桿則由一大直徑鋼管組成。這種針對受力特點(diǎn)采取區(qū)別對待的設(shè)計(jì)很新穎。
3、拉壓桿交叉點(diǎn)自由相交。為了桿件受力清晰簡單，拉壓桿件在中途交叉處采用了自由相交而不是剛性聯(lián)結(jié)，這樣更符合結(jié)構(gòu)力學(xué)中的二力桿受力特性，能更好地適應(yīng)溫度變化所產(chǎn)生的此內(nèi)力，也大大地簡化了手工計(jì)算的復(fù)雜程度-因?yàn)槟莻€(gè)是時(shí)候沒有電子計(jì)算，也不可能用到大型空間有限元法（Finite Element Method）來計(jì)算分析與仿真。不過，這樣也會(huì)致使橋梁的整體剛度下降，變形增大，這對橋梁安全營運(yùn)是不利的。
4、設(shè)置了維修通道。即使今天的很多橋梁，我們的很多設(shè)計(jì)人員也容易忽視橋梁維修檢修通道。但是，福斯鐵路橋在一百多年前就考慮了維修通道及步梯，這樣便于橋梁在營運(yùn)工程中做周期性的檢修維護(hù)。這一點(diǎn)對于鋼結(jié)構(gòu)橋梁更是至關(guān)重要，因?yàn)殇撹F銹蝕的防護(hù)會(huì)經(jīng)常用到這些通道。
5、抗風(fēng)能力強(qiáng)。由于整個(gè)橋梁才用了桁架結(jié)構(gòu)通透率很大，阻風(fēng)面很??；再加上“紡錘型”的橋型結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好。因此橋梁的抗風(fēng)能力大大增加，安全而穩(wěn)定。
6、海水銹蝕及防銹。海水中的鹽分、氯離子會(huì)加快鋼材的銹蝕，橋梁運(yùn)行一百多年，能完好無損的保持到今天其防銹技術(shù)肯定過硬，這是不言而喻的。
福斯鐵路橋曾被英國政府作為世界遺產(chǎn)保護(hù)向聯(lián)合國教科文組織申報(bào)。
用“紡錘型”桁架延伸橋梁的跨度
再看看“紡錘型”桁架的細(xì)部。圖中白色的位置就是幾年前加固維修的部分桿件。
一百對年前的橋梁至今仍像一件藝術(shù)珍品
兩個(gè)福斯橋（公路橋和鐵路橋）橫跨福斯灣，形成了強(qiáng)烈的對比。鐵路橋更顯崢嶸歲月！
主橋與引橋的過度橋墩
夜幕下的福斯鐵路橋更顯美麗
福斯鐵路橋也成了一個(gè)旅游景點(diǎn)
福斯鐵路橋的引橋
這是在福斯鐵路橋旁邊的福斯公路大橋（吊橋）
