一根撑起现代世界的梁｜大象公会( 三 )
· 1893年芝加哥世界博览会上的摩天轮是第二座现代梁奇观
· 芝加哥摩天轮的主轴摩天轮的主轴由伯利恒制铁公司制造 ， 重达43吨 ， 是当时世界上最大的铸铁件 。 而造这样的大轴 ， 需要更大的锻锤 。
· 美国钢铁工业之父约翰·弗里茨站在125吨重的伯利恒汽锤模型下美国人也将 I 字钢的造法学了过来 。 不过 ， 他们发现 ， 当建造20层以上的大厦时 ， I 字钢需要大量铆接、角钢等辅助 ， 变得极不经济了 。为此 ， 钢厂经理亨利.格雷改良了传统的 I 字钢热轧技术 ， 发明了H字钢 。 H字梁更重 ， 但承重更高 ， 并允许30-100米的大跨度 ， 适用于摩天大楼结构 。
· H字梁
· 热轧过程中 ， 钢锭被轧制成H字钢不过 ， 格雷游说了多家钢铁公司后 ， 仍无人肯冒险采用他的方案 。 直到1907年 ， 格雷抱着最后一丝希望 ， 找到了为摩天轮造大轴的伯利恒钢铁 。 伯利恒的新总裁查尔斯.施瓦布决定豪赌一把 ， 建厂轧制H字钢 。如果为此要破产 ， 那干脆玩儿一把大的 。——查尔斯·施瓦布施瓦布赌对了一半儿 。此后 ， 一座座摩天大楼在美国都市拔地而起 ， 它们大都采用了 H字钢梁；美国人甚至把这种梁叫做伯利恒梁 。 伯利恒钢铁收获大量订单 ， 跃居美国第二大钢铁集团 。
· H型钢成了伯利恒钢铁公司的标志不过 ， 施瓦布本人没这么幸运 。 由于股票投机巨亏 ， 他在1930年代经济危机中欠债落魄而死 。
· 1932 ， 11名爱尔兰裔工人在纽约洛克菲勒中心钢梁上摆拍「吃午餐」 ， 庆祝大厦落成 。 H字梁支撑的众多摩天大楼工程 ， 为经济危机中的美国人提供了不少就业二战之后 ， 人们发展了有限元分析等方法 ， 对梁的受力和形变进行更细致的网格化分析预测 ， 以建造更安全和稳定的梁 。
· H字梁应力的有限元分析示意图人们发现 ， I 字梁和H字梁虽然擅长抵抗垂直于横梁的负载 ， 撑起了20世纪各国大都会的天际线 ， 但它们不太擅长抵抗扭动 。
· 一端固定的H字梁在扭曲下变形相比之下 ， 形如空心箱子的箱梁 ， 抗扭能力更强 ， 更适合大型桥梁建设等高抗扭需求的场景 。 这是因为 ， 物体抵抗扭曲的能力 ， 取决于其截面的极惯性矩 。 而同等质量下增加极惯性矩 ， 就需要将质量尽可能分配到远离转轴的四周边框上 ， 形成箱形结构 。当今世界第一长桥 ， 京沪高铁丹昆特大桥 ， 就是依靠4500多个900吨箱梁的支撑 。
· 桥隧工在京沪高铁丹昆特大桥的箱梁内进行检测维护21世纪以来 ， 一些梁科学家把目光投向了微观世界 。 人体等生命体中 ， 细胞与细胞之间的挤压拉扯 ， 同样可以用弹性梁来模拟 。
· 一个细胞通过虚拟的弹性梁与周围的六个细胞产生互动 。 K为梁的平动刚度 ， K φ 为梁的转动刚度通过模拟细胞梁的欧拉-伯努利方程 ， 并尝试不同类型细胞之间的组合 ， 克里格曼等科学家用青蛙胚胎细胞 ， 造出了能自动行走、搬运微粒、收集微粒的毫米级细胞团 。
· 上图为计算机模拟的细胞团 ， 下图为同结构的真实细胞团 ， 直径0.65-0.75毫米 ， 由青蛙胚胎的早期上皮细胞（蓝色）和心肌细胞（红色/绿色）组成19-20世纪 ， 现代梁为人类撑起了车、船、大厦 ， 把人类带进了工业社会 。 在21世纪的未来 ， 如果这些小巧的细胞梁能在搬运药物、清除菌斑栓块等领域获得应用 ， 也许梁将再一次拯救人类的病痛 。[1]叶筱.(2015).(Ed.).粤汉路株韶段愚民误信杀人祭桥 ， 文史博览 ，9 ， 48-49.[2]https://www.pnas.org/content/117/4/1853[3]https://www.liebertpub.com/doi/abs/10.1089/soro.2013.0010[4]http://blog.sciencenet.cn/home.php?mod=space&uid=39472&do=blog&id=212702[5]https://en.wikipedia.org/wiki/Euler%E2%80%93Bernoulli_beam_theory#History[6]https://www.yicai.com/news/5297768.html[7]https://www.wfmz.com/features/historys-headlines/history-s-headlines-bethlehem-steel-moves-a-big-wheel/article_3292f398-4b27-5a9a-96e9-27bfa687720f.html[8]https://www.nytimes.com/1995/10/21/business/farewell-to-a-mill-that-shaped-the-modern-city.html[9]http://www.learneasy.info/MDME/MEMmods/MEM30006A/Area_Moment/Area_Moment.html[10]http://www.xinhuanet.com/photo/2019-12/04/c_1125306939.htm[11]https://www.zum.de/whkmla/sp/0910/csj/csj1.html
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