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工程师的无限可能——德国桥梁结构工程专家弗瑞兹·莱昂哈特

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龙图 发表于 2017-8-21 08:14:52 | 显示全部楼层 |阅读模式 打印 上一主题 下一主题

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来源:桥梁杂志版权归原作者所有如有侵权请联系小编立即删除




他的妻子Lisalotte说:“我原谅了莱昂哈特与桥梁的恋情。”

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“我的父亲是一名建筑师,但我的职业选择是土木工程师。因为土木工程师可以接触到更广阔的领域,包括桥梁、塔桅、道路、大坝等等。”就是因为这样既简单又宏大的理由,塑造了德国的著名结构工程师——弗瑞兹•莱昂哈特(Fritz Leonhardt),也成就了他一生为桥梁领域所做出的卓越贡献。  少年得志1909年7月12日,弗瑞兹·莱昂哈特出生于德国巴登- 符腾堡州的斯图加特市。受父亲职业的影响,莱昂哈特自幼为建筑的魅力所倾倒,18岁时如愿进入斯图加特大学土木工程系,开始了属于他自己的、基于建筑更高于建筑的工程师之路。
1931年的德国政治局势动荡,引发的世界范围内的经济危机,直接导致大学即将毕业的莱昂哈德难以找到一份合适的工作。但与此同时,他幸运地获得了美国普渡大学的奖学金,1932-1933年,莱昂哈特在美国纽约攻读研究生。在这期间,出于一种与生俱来的自信,莱昂哈特有计划地拜访到了当时著名的桥梁工程师David Steinman 和Othmar Ammann,并有幸参观了在建的乔治-华盛顿大桥。这座伟大而壮观的悬索桥,给莱昂哈特留下了深刻的印象。与两位桥梁大师的对话进一步加深了他对桥梁的兴趣,同时这一特殊的经历,无形中在他毕业后成为了更有利的优势。
1934年的德国,能够提供给土木工程师的工作机会非常少,在莱昂哈特和他的40名同学中,只有两人找到了工作,他是其中之一,德国高速公路管理局录用了他。1938 年,28岁的莱昂哈特被委任在科隆设计一座跨越莱茵河的悬索桥,那是德国的第一座地锚式悬索桥——科隆-罗登基兴桥(Cologne-Rodenkirchen Bridge)。此前德国对这样大跨度的悬索桥并无需求,但随着莱茵河峡谷经济和高速公路的发展,对这样的桥型和结构的需求量大幅上升。后来在接受英国《Bridge Design and Engineering》主编采访时莱昂哈特说:“当时我很年轻,就被任命为技术负责人,大概是因为管理局和柏林的桥梁主管知道我在美国学习时接触过这样的桥梁。但被委以这样的重任仍让我很吃惊,我把它看作是挑战,决心要迎难而上。”
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科隆-罗登基兴桥
罗登基兴桥主跨378米,尽管莱昂哈特在纽约掌握了大量有关悬索桥的知识,但在这座桥上他没有采用传统的美式悬索桥的重型桁梁,而是创新性地采用了一种新型式——纤细的钢板梁。罗登基兴桥1941年完工,在3年的时间内,莱昂哈特不仅主持着大桥的建设工作,还针对索夹、桥墩的摩擦力和空气动力稳定性等多方面作了大量的实验,以确保这种轻型的板梁能够经得住实践的考验。后来,这种纤细的钢板梁被复制到了美国布鲁克斯-白石桥和塔科马大桥上。让莱昂哈特引以为傲的罗登基兴桥也没有逃脱被战争破坏的命运,但值得庆幸的是,在1951—1954年,仍由莱昂哈特的团队负责这座桥的重建和扩建工作,再次为这座让自己少年得志的大桥奔忙,对莱昂哈特来说应该可以称之为圆满。
跨越莱茵河1939年底,在与Wolfhart Andra合作成功设计了罗登基兴桥后,莱昂哈特在慕尼黑成立了自己的咨询公司,这是如今世界著名的设计公司莱昂哈特-安德鲁咨询公司的前身。目前这家公司仍然在业内享有极高的声誉,现有4家分公司和170多名员工,设计的桥梁等建筑物遍布全球。
在接受《Bridge Design and Engineering》杂志采访时, 莱昂哈特曾说,在他这一生设计的所有建筑物中,最喜欢的还是罗登基兴桥,因为那是他的第一座大桥,而这座桥带给他的也远非“成名”那么简单。时任德国高速公路管理局总经理的Fritz Todt,不仅秉承开放的用人理念,将设计罗登基兴桥的重任交给了年轻的工程师莱昂哈特,还让他参与了施工监理的工作,并配给他最完备的团队,以避免他在庞大的项目推进时,为琐事而付出过多的精力。同时,就是为了更好地履行职责,在大桥兴建期间,莱昂哈特成立了私人办公室。
在莱昂哈特的早期工程中,1948年建成的杜易兹桥(Deutzer Bridge)是德国第一座真正意义上的大跨径钢箱梁桥。该桥同样跨越莱茵河,主跨185米,后来在20世纪70年代末进行加宽的时候,莱昂哈特又通过预应力混凝土技术使之再现当年的风采。
但无论是悬索桥还是钢箱梁桥,都并非莱昂哈特桥梁事业的顶峰,世界斜拉桥的发展史上更有他巨大的贡献。尽管莱昂哈特不是第一个、也不是唯一设计这种新结构的工程师,但他当之无愧是德国乃至世界范围内首批研究和开发斜拉桥的工程师之一。几乎整个20世纪50年代,莱昂哈特都一直致力于斜拉桥的设计和建造,数年间同友人在德国杜塞尔多夫设计了多座斜拉桥。最早的一座是西奥特- 霍义斯桥(Theodor Heuss Bridge),建成于1957年,主跨260米,双索面。
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西奥特-霍义斯桥
在杜塞尔多夫市3座斜拉桥中,最著名的还数有“莱茵之膝大桥”之称的格尼桥(Knie Bridge)。“莱茵之膝”这个名字来源于大桥所处的位置,桥梁架在莱茵河一个狭窄的弯曲河道上,俯瞰下去,这一段河道就像人的膝盖。格尼桥于1969年完工,320米的主跨创下了当时的世界纪录。这座桥与西奥特-霍义斯桥,连同1973年建成的奥博卡瑟尔大桥(Oberkassel Bridge),共同组成了杜塞尔多夫的斜拉桥大家庭。此外,3座大桥的外观都酷似竖琴,在18年的发展中标志着德国现代稀索体系斜拉桥的设计和施工技术基本成熟。

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格尼桥
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奥博卡瑟尔大桥

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工程是艺术自1957年开始设计杜塞尔多夫的西奥特-霍义斯桥开始,莱昂哈特和他的团队,在全世界范围内设计了140多座各种类型的桥梁。除了在德国的成就,还包括著名的阿根廷Zarate-Brazo桥,这是世界上第一座公铁两用的斜拉桥; 美国横跨哥伦比亚河,连接华盛顿州帕斯科和肯纳威克两座城市的P-K桥,世界上第一座主梁采用预制拼装法的混凝土斜拉桥。
新型结构理念的不断成功,对施工材料、结构性能及工法的创新有强烈的需求,莱昂哈特“深谙此道”,从1958年他被任命为斯图加特大学混凝土结构学教授起,就在工程师Otto Graf的研究所进行混凝土剪力和扭转阻力的基础研究。在这项工作中,莱昂哈特获得了对分析方法及新系统的深入理解,特别是在复合结构的剪力切换及抗冲压剪切方面。他率先开发了预应力混凝土桥梁顶推系统, 利用该系统,从桥墩处起装配桥梁,并采用液压千斤顶沿山谷推挤桥梁。该系统即使在今天也具有不小的技术挑战性,欧洲在恶劣季节时常采用顶推法施工。

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德文版《桥梁:美学与设计》

莱昂哈特对桥梁领域的热忱,不仅仅因为他是一名土木工程师,更因为他对美学和品质的追求。对于坚持桥梁造型美观而产生的造价,莱昂哈特的态度非常坚决,“最便宜的设计不一定是最好的设计,为了建造漂亮的结构, 业主必然愿意花费稍多一些。”他相信越来越多的业主会接受他的这一建议。晚年时,即便设计和建造桥梁的脚步已经慢了下来,但他仍在坚持的是撰写桥梁美学文章,同时在演讲中附上个人收集的大量照片,这些照片描绘了这位桥梁设计师对“美”的见解。

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多重身份斯图加特大学的教育显然给予了莱昂哈特事业上的启蒙,并赋予他灵感。莱昂哈特回忆道,其中有3位分别主攻混凝土结构、桥梁和材料的老师对他的影响尤其深远。后来和他一起在科隆工作的建筑师Gerd Lohmer,也给了莱昂哈特很多极富价值的启示。从身为建筑师的父亲开始,直到他自己选择成为一名结构工程师,莱昂哈特一直保持着与“建筑师”密切的联系,他坚持认为,将土木工程学与建筑学过度剥离是工程师职业的缺失,而他本人也用一生践行了个人信条。
1953年,位于斯图加特的德国南部广播公司(SDR)计划在山顶上新建电视塔,莱昂哈特给出了自己的设计—— 一座带有望塔的混凝土高塔,顶层开放观景餐厅并安装广播电视信号设备。项目于1954年6月开工,1956年2月投入使用。这是世界上第一座混凝土高塔,加之莱昂哈特独特的设计,从此带来了电视塔设计领域的新突破,类似结构和材料的高塔在全球范围内普及开来,但斯图加特电视塔仍是其中优雅的典范。莱昂哈特说:“当我每次看到它, 我知道这是尽我所能做得最好的设计了,我已经不能再进行任何优化。”此外,他还用索膜结构挑战传统,与团队一同为慕尼黑奥林匹克体育馆设计了屋顶。

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慕尼黑奥林匹克体育场的索膜结构屋顶


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莱昂哈特向Michel Virlogeux授予首个Fritz Leonhardt奖

1999年,莱昂哈特90岁了,他的行动已经越来越迟缓,但在前一年他还是会定期出现在办公室。莱昂哈特行动虽然困难,思维却仍旧保持活跃,对公司当前的事务和工程依然很有兴趣。在他90岁生日之际,德国工程师协会和莱昂哈特-安德鲁资讯公司共同设立了一项以他的名字命名的结构工程大奖——Fritz Leonhardt奖,用于表彰全世界在结构工程领域作出杰出贡献的工程师。本奖项首次授予了Michel Virlogeux,他是诺曼底大桥的设计师,后来成为国际预应力混凝土协会、国际混凝土结构协会荣誉主席。
直到莱昂哈特去世,他的办公室仍旧保持着他曾在时的整洁样子。木框架的门上还留着LEONHARDT的名牌,房间的墙壁上仍挂满了他设计的桥梁和电视塔以及一张授课时的照片。
莱昂哈特以结构工程师的身份一路走来,始于建筑, 又绝不仅仅终于建筑。就如同他最初选择土木工程师这个职业时的原因,结构工程领域内的众多项目他不只有所涉猎,还为其做了突破性贡献。更重要的是,莱昂哈特代表德国桥梁工程师为斜拉桥所做的研究与实践性工作,给世界斜拉桥的发展奠定了良好的基础。莱昂哈特对桥梁的热情和奉献,熟悉他的人没有谁不了解。他的妻子Lisalotte曾说过一句笑言,是对此最动人的描述:“我原谅了莱昂哈特与桥梁的恋情。”


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