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1700548843 我们相信市民和企业热心公益的精神会很快修补这一损失,就像任何一个集体都会做到的那样。我们还应该庆幸没有人因此遇难。
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1700548845 这个报道与大约一个世纪之后的记录了塔科马海峡索拉桥坍塌过程的新闻短片一样生动。尽管在那场灾难中同样没有人遇难,尽管在几年内又有新的索拉桥替代了它们,但是在有惠灵索拉大桥和托马斯·特尔福德的梅奈海峡索拉桥这样的前车之鉴的情况下,在20世纪中期还能发生这样的事故可不是什么值得“庆幸”的事。在它1826年早期投入使用仅1个月后,一场大风使得梅奈海峡索拉桥(跨度大约为550英尺)剧烈晃动,损坏了一些垂直吊杆和许多地楞横梁。有关这场事故的记录并不如惠灵索拉大桥的报道那样生动,但是它却明确表明梅奈海峡索拉桥事故的原因是路基的波动。桥被修复并进行了加固,但是在随后的风暴中它却遭受了巨大的波动和严重的损坏。历史上其他的例子也都预示了塔科马海峡索拉桥的失败,但是它们带给后人的教训却明显并未被现代设计师所留意。如果人们没有在设计图上发现桥梁或者任何结构体有发生灾难的可能性,那么当像1940年塔科马海峡索拉桥坍塌这样的灾难发生时,工程师会和公众一样大吃一惊。
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1700548847 如果铭记失败能够促进推出更优质的桥梁,那么结构上的成功就会培育出更优秀的桥梁建筑师。布鲁克林大桥激励大卫·史戴门(他是在布鲁克林大桥附近长大的)成为了一名索拉桥建筑师。当塔科马海峡索拉桥倒塌后,他开始撰写约翰·罗布林和儿子华盛顿、儿媳妇艾米莉建造布鲁克林索拉桥的故事,塔墩沉箱事故使华盛顿受伤致残只能在自己的房间里监督桥梁进展时,艾米丽代替丈夫到施工地点监工。史戴门,400多座桥梁的设计和建造者,从他的职业生涯抽出5年的时间用以研究布鲁克林大桥和书写罗布林一家的故事,以此来回报布鲁克林大桥带给他的鼓舞,并在1948年被委以重建这座具有历史意义大桥的重任,以便使它能够承载现代交通的繁忙运输。这座几乎成为20世纪40年代后期纪念性建筑的大桥又恢复了活力,现在它可以允许6个机动车道满额,而以前则要限制在2个车道。
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1700548849 史戴门也设计了他自己的代表作,包括连接密歇根上下半岛的麦金娜大桥。但具有讽刺意味的是,这座桥结构上的成功更多的是归功于塔科马海峡索拉桥的坍塌而不是布鲁克林大桥的成功。在明白了“舞动的格蒂”失败的原因后,史戴门采取了相应的措施以避免其发生在自己的结构体中。然而对于舞动的格蒂的教训,其他的桥梁设计师采用了其他的解决方法,然而横跨在塞文河(1779年建成的第一座铁桥就是横跨在这条塞文河上)河口之上、连接威尔士东南部和英格兰西北部的塞文桥却处在了尴尬的地位。20世纪60年代早期人们设计了塞文桥的超级结构,并把它视作是解决风荷载问题的创新方法,塞文桥一个车道的横截面酷似一个翅膀。构成塞文桥的轻量箱型梁,与布鲁克林大桥的一样,被设计用来承担当时存在的各种交通负荷。然而,布鲁克林大桥在被加固之前为交通运输服务了半个多世纪,而塞文桥在投入使用15年之后就对日益增加的交通荷载出现了反应。
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1700548851 倾斜的吊架悬索开始磨损,不得不被替换下来,大桥的使用情况也不得不被限制在每一个方向只能用一条车道。这些措施十分必要,因为大桥在设计时只留有很小的储备强度,而交通荷载就构成了桥身重量的一个重要组成部分。虽然在人们眼中,大桥在塞文河的疾风中仍然很稳固,但是潮湿空气对车道内部大梁的腐蚀,以及吹过吊架拉索那与众不同却也具有破坏性放置模式(无论是结构还是美学上,这种模式都很难让人想起布鲁克林大桥的对角线)的风都给拉索和路基增加了过度的荷载。因此史蒂芬森、罗布林和史戴门取得的伟大成功给后人以典范和启示——但不是规则。这些伟大桥梁的继续存在告诉我们创新并不是注定就要失败,但同时它们也会成为盲目自大的源泉。
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1700548853 如果我们停止创造,那么结构上的失败和惊喜将全部消失。每座新建成的桥梁都可以是对某个已经经受住时间考验的桥梁的精确复制,但是新建桥梁所能承担的交通荷载永远不能被允许超过那个旧桥梁的交通荷载。无法使用新的建筑材料,不可以在一条不具有与现存成功桥梁完全相同基础和风力情况的河上建新桥。事实上,通过简单地宣布暂停所有的创新、改变和发展,我们就可以终止所有失败的风险。这会使得发展暂停,因为不允许改变就意味着实际上我们不允许在以前建桥失败的地方建桥。因为没有两个完全相同的地方,也没有两个完全相同的交通模式。就算我们能够相信自己可以用相同的建筑材料和相同的建筑质量复制一座桥梁,也会使桥梁服务地区的贸易不能继续发展,因为该地区的交通荷载已经超过了过去。
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1700548855 即使是把布鲁克林大桥和艾菲尔铁塔作为他们艺术符号的诗人和画家,也不会让纸上描写它们的文字和帆布上绘制它们的油画一成不变。多年以来,哈特·克莱恩和约瑟夫·斯太拉笔下的桥梁在他们的创作中变得越来越重要了。他们的艺术倡导创新,他们的符号也是如此。就像没有人期待会有最后的前卫派一样,人们也不应该期待会出现最后的桥梁。伟大的桥梁就像莎士比亚和米开朗琪罗的艺术创作,敦促年轻一代去创造而不仅仅是模仿大师。在学习期间,模仿也许是可以的,但是一个人想要最终创造一些属于自己的东西,比如简单的一座桥,将是一场无法确定的旅行。如果一个有创意的设计遵循正确的原理,没有急于也没有太过超越艺术或工程学的限度,那么它很有可能取得成功。
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1700548857 如果结构上的成功鼓励工程师们创造出更多大胆的设计,并使他们对设计中看上去并非标新立异的部分过于自信,那么结构事故就在提醒他们,他们可能走得太急太远了。因此结构事故通常是需要扩展研究的部分,如果不这样做,我们可能只是幸灾乐祸地观望别人的错误,如果这样做了,所有的工程师就会对一些明显不能做的事情有一个更好的理解。
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1700548869 设计,人类的本性 “ 亚历山大·基尔兰德号”是由1万吨钢铁焊接而成的一个有“5只脚”的石油钻塔,它能够在水中行走。像最初构想的那样,这艘被称为“半潜式平台”的丑陋的船能够在海洋中自由移动,可停泊在各处,“跨坐”在从地质上来说有可能出现石油的位置上钻探海底石油。在那些储量丰富的地方,会建立起一座永久的采油平台,就像是竖起了一个记录这个四处游走的钻探平台的丰功伟绩的纪念碑。
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1700548871 然而,“亚历山大·基尔兰德号”从未意识到这样的潜在荣誉。在复杂并且迅速变化的海洋工程中,“基尔兰德号”逐渐被时间淘汰,于1976年结束了它的使命,这个由法国制造的“五角星”结构体(它那五艘巨大的平底船在运输过程中使平台保持一定的高度和干燥度,但是在抛锚时,为了获得更好的稳定性,人们会使它充满水,把它半下潜到海中70英尺)被它挪威的拥有者改造成了一个漂浮的旅馆,或称“浮动旅馆”,这个旅馆可以为348人提供住宿,这些房客都是在北海运行的更为先进的钻探平台的工作人员。
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1700548873 更糟糕的是,尽管“基尔兰德号”130英尺高的钻塔已经没用了,但仍然被留在了钻探平台上,此时它并不是由数英里的经它提起并沉入到海床上的钻杆包围着,而是由许多标准房和普通房间包围着。这么多年,离岸的工作人员乘坐直升飞机往返于他们在基尔兰德号的家和不远处他们工作的平台之间,就像白领工人乘坐公共汽车或火车往返于他们城郊的家和大城市间一样。
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1700548875 1980年3月27日的傍晚时分,212人在“基尔兰德号”上的家中,有的吃晚餐,有的在房间里读书,有的在桑拿房和电影院中放松,来度过恶劣天气带来的不便时光。外面空气很凉,但并不寒冷,风很大,但并不是飓风,波涛汹涌,但也并非擎天巨浪。“浮动旅馆”那时停泊在北海埃科菲斯克油田的埃达地段,而这一地段经历过比40华氏度、风速每小时40英里、浪高25英尺更恶劣的情况。“基尔兰德号”是为了抵御更加恶劣的环境条件而设计建造的,这些环境条件可能100年只发生1次。因此,尽管风大浪急的海面可能让钻探平台的居民们感觉不舒服,可他们也不必过于担心自己的安全。甚至就算它的5个支架折了1个,影响也不会很快遍及整个结构体,这让“基尔兰德号”的居住者有足够的时间穿上救生衣,登上救生艇。
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1700548877 然而不幸的是,当那天晚上六点半左右,一根带有“巨大裂缝”的支架发生断裂时,钻探平台开始震动,并以比预料中快得多的速度发生了剧烈的倾斜。碰巧那天一直朝同一方向吹的风使得钻探平台的甲板发生了倾斜——据一些人说,将它修成旅馆的改造使它变得上重下轻。一些被掀翻、缆绳缠在一起的救生艇使救援工作无法按照计划展开。在这场最严重的离岸工程事故中,123人丧生,仅89人生还。
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1700548879 人们推侧,可能是附近埃达油田生产平台和它的碰撞,也可能一台潜水艇碰撞到它基本的设计缺陷是导致“基尔兰德号”支架断裂的原因。后一种解释看起来不大可能,因为“基尔兰德号”是大约12个相似钻探平台之中最新的一批,而基本的设计缺陷应该首先暴露在最陈旧的平台身上。然而其他早些时候被提出的事故理论也很快被排除,因为脱落下来的支架被运送到挪威斯塔万格港一个平静的海湾上接受了断裂面的检查。其中一个断裂的支架显示出了一个在不为钻探平台操作员所知的境况下,支柱上形成了一个扩展速度无法控制的巨大裂缝。每个波浪对海上结构体的作用,都不会使结构体身上的某个裂缝增长多过一百万分之一英寸,但是因为大海每年会对像“基尔兰德号”这样的一个结构体连续猛击数百万次,随着时间的流失,结构体上可能会出现相当大的裂缝。即使有疲劳裂缝,只要没有达到像锯拉木头,咔嚓就断的地步,工程结构体就能够继续工作。可通过以下措施来抵制金属疲劳:消除新工程结构体上所有(除了最细微的)裂缝;在有规律的时间间隔内,检查结构,探查任何可能会扩大的裂缝;在那些细小的裂缝发展成危险的隐患之前让这个结构体退役。(因此,每一个海上石油平台都设有一个疲劳寿命,就是它被用于钻探它所在位置的石油的年限。)
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1700548881 通过确保在新结构体上不会出现裂缝或近似于裂缝的缺陷,我们可以避免疲劳裂缝的出现,因为在优质金属上出现裂缝或者从一个可接受的缺陷中衍生出问题不大的裂缝要花费数千万的生命周期,所以在这期间安全可以得到保证。然而,“亚历山大·基尔兰德号”的事故后调查显示,当它刚建成时,在设备托架(instrument bracket)被连接到运气不佳的支柱托架的焊点处,就出现了一个大约3英寸长的裂缝。因此,这个未被察觉的裂缝从钻探平台首次下水航行的时候就已经存在了,因为这个裂缝的表面被油漆覆盖了,这层油漆是只有对新的钻探平台进行最后的完善时才会被喷上。断裂面的其余部分显示,疲劳裂缝逐渐增大到使金属最终突然断裂的程度,这样大的裂缝使它们无法再被连接在一起。一个仅仅比以前稍大一点的波浪都超出了这个有裂缝的结构体的承受范围。
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1700548883 事故之后,“亚历山大·基尔兰德号”的主体被运送到了斯塔万格峡湾,它在这里倒置悬浮了3年多,而在此期间关于它命运的讨论一直在挪威上演着。这艘倒置的翻船被描绘为海上营救历史上最伟大的功绩之一, 31具下落不明的遗体可能仍然在浮动旅馆的电影院或者其他房间里的这一事实使得钻探平台的最终处理成为了一个非常情感化的问题。应再次打捞遗体的要求,挪威政府耗资3400万第3次尝试将倒置的“基尔兰德号”翻转直立起来,最终在精心的计划之下这次尝试取得了成功,这次计划是综合使用以海岸为基准的绞车链、铁浮力箱和驳船。这次的翻转操作很成功,但人们只在船上找到6具遗体。当残骸被从警察局(调查毒品交易的指控)到保险公司(收集检控造船者的证据)的专家们检查完毕后,“亚历山大·基尔兰德号”最后在1983年11月被爆破并下沉到2399英尺的深水中。虽然它如今已经淡出了人们的视线,但它不会被受害者的家属和希望造出新的、更可靠的海上钻井设备和平台的工程师们所遗忘。
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1700548885 “基尔兰德号”残骸的调查是鉴识工程[1]中事故分析的一个实例。尽管一些存在于事故调查分析中的敏感利益无疑是来自法律和保险索赔的,但是通过正确地理解结构失效的原因,我们能够获得大量的工程经验。理解一个像“基尔兰德号”的结构体是如何坍塌的尤为重要,因为这可以让我们就关于是否修改设计或者使用其他与其相似的结构等问题做出合理的决定。1979年麦道公司所有DC-10客机的停飞是根据芝加哥空难可能是飞机设计本身存在缺陷的征兆而采取的预防措施。尽管这样的停飞可能给航空公司和飞机制造商造成经济上的困难,但是这样的检查却是必要的或者是必须被鼓励的,因为它们会对飞机进行仔细的排查,对线索的分析也会如福尔摩斯处理线索那样精细。通常事故分析的早期报告可能是不成熟的,经过慎重研究得出的最终研究报告也可能是完全错误的。
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1700548887 鉴识工程的一个经典的例子是第一架商业喷气式飞机的开发。1953年3月2日,是喷气式客机运行的首个周年纪念日,而在这一天一架哈维兰“彗星”号飞机在印度加尔各答的Dum-Dum机场起飞时坠毁。残骸分散在一片很大的区域,这一事实表明飞机是在空中破裂的,一场伴有闪电的巨大热带雷雨很快被指责为导致这场悲剧事故的罪魁祸首。对残骸部件的检查表明飞机的尾部在与某种重物发生撞击之后可能发生折断,但那个重物是什么还无法确定。然而,这一观察使得人们得出了这样的结论,即在飞机出现破裂后又发生了一场火灾,但火灾不是飞机坠毁的原因。印度中央政府调查委员会给出的结论是事故是由某种结构失效造成的,这种结构失效是由于飞机当时受到了太多的力,这种力要么来源于猛烈的暴风雨,要么来源于飞行员在应对暴风雨时操作过度。既然人们假定导致加尔各答空难的力超出了人们对飞行中的飞机将受到的力的合理想象,飞机的基本设计就免受责难。设计者说第一架喷气式客机是从“制图板上飞出来的”,因为它没有制作样机就直接投入了生产,它仍然是一个工程学上的成就。“彗星”号客机的设计者们普遍相信他们在推动飞机技术达到新的高度时保守有余了,他们相信已经对这架飞机进行超安全标准设计了。只要“彗星”号客机坠毁事件能够归因于恶劣的天气状况或者飞行员的操作失误,那么它的设计就不是头号嫌疑。
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1700548889 因此,“彗星”号客机本身被推定为安全的,并且在没什么重大嫌疑的情况下恢复了使用,之后的8个月中也没有任何反常现象。然而,在1954年1月10日,一架在温和晴朗的天气条件下从罗马起飞的“彗星”号客机在27 000英尺的高空发生爆炸,飞机残骸掉落在地中海附近的厄尔巴岛上并形成了一个大的圆圈。很难找回飞机的大部分残骸,找到的飞机部件没有给对此次空难进行调查的英国法恩伯勒皇家航空研究院的调查员们提供更有效的线索。同样,这次也没有无可辩驳的证据表明飞机的设计要为空难负责。
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1700548891 人们提出了很多可能造成第二架“彗星”号客机空难的原因,但是因为证据不足所以无法得出结论。因此,尽管蒙上了一层神秘的面纱,但是在厄尔巴空难发生的10周后,“彗星”号客机再次被投入使用,1954年8月8号,一架“彗星”号客机在从伦敦飞往开罗和约翰内斯堡的途中发生了第三次也是最后一次空中爆炸,它是从罗马起飞的。因为这一残骸落入深水中,找到残骸的希望很小,因此对厄尔巴残骸部件的搜寻工作重新开始,并且加强了搜寻力度。人们在法恩伯勒进行了计算,在大海上引爆了用巴沙木做成的“彗星”号客机模型,来确定部分掉落的方位。搜寻人员在水下电视摄像机的引导和协助下找回了更多的厄尔巴“彗星”号客机部件,调查员们继续努力将线索拼凑起来。在水平尾翼被最终复原的时候,人们发现了机身前部在水平尾翼损坏之前就已经发生断裂的结论性证据。在检查中,人们发现水平尾翼被一张报纸撞击得如此猛烈,以至于报纸的反文在地中海里浸泡了数月后仍然能够阅读。彗星号客机的压力舱在水平尾翼断裂之前已经被炸开的另一个确凿证据是水平尾翼上那个显而易见的安那——一种印度硬币——的印记,无疑这是从尾部的客舱被吹出来的。
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