ซุ้มประตูเฉียง

สะพานโค้งเฉียง (หรือที่เรียกว่าสะพานโค้งเอียง ) เป็นวิธีการก่อสร้างที่ทำให้สะพานโค้ง สามารถ ทอดข้ามสิ่งกีดขวางได้ในมุมที่ไม่ใช่มุมฉากส่งผลให้ด้านของสะพานโค้งไม่ตั้งฉากกับฐาน รองรับ และเมื่อมองจากด้านบนจะเป็นรูปสี่เหลี่ยมด้านขนาน แทนที่จะเป็นรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้าเหมือนสะพาน โค้งปกติ หรือ สะพานโค้งสี่เหลี่ยมจัตุรัส
ในกรณีของซุ้มโค้งเอียงที่สร้างด้วยอิฐ การก่อสร้างต้องอาศัยการตัดหิน อย่างแม่นยำ เนื่องจากรอยตัดไม่ได้เป็นมุมฉาก แต่เมื่อหลักการต่างๆ ได้รับการเข้าใจอย่างถ่องแท้ในช่วงต้นศตวรรษที่ 19 การสร้างซุ้มโค้งเอียงด้วย อิฐ ก็ง่าย ขึ้นและถูกลงอย่างมาก
ปัญหาการสร้างสะพานก่ออิฐโค้งเฉียงได้รับการแก้ไขโดย วิศวกรโยธาและนักคณิตศาสตร์ยุคแรกหลายท่านรวมถึงGiovanni Barbara (1726), William Chapman (1787), Benjamin Outram (1798), Peter Nicholson (1828), George Stephenson (1830), Edward Sang (1835), Charles Fox (1836), George W. Buck (1839) และWilliam Froude (ประมาณ 1844)
ประวัติศาสตร์
เบนจามิน เอาท์แรม และท่อส่งน้ำถนนสโตร์



สะพานเอียงไม่ใช่สิ่งประดิษฐ์ใหม่ เนื่องจากมีการสร้างในโอกาสพิเศษมาตั้งแต่ สมัย โรมันแต่ก่อนการมาถึงของทางรถไฟนั้นไม่ค่อย มีคนเข้าใจและไม่ค่อยได้ใช้ [ 1 ] [ 2 ]ตัวอย่างแรกๆ ของสะพานโค้งเอียงคือArco Barbaraใน ป้อมปราการ Floriana Linesในมอลตาซึ่งออกแบบโดยสถาปนิกและวิศวกรทหารชาวมอลตาGiovanni Barbaraในปี 1726 [ 3 ] [ 4 ] ข้อ ยกเว้นที่น่าสนใจอีกประการหนึ่งคือท่อส่งน้ำซึ่งออกแบบโดยวิศวกรชาวอังกฤษBenjamin Outramสร้างด้วยอิฐและแล้วเสร็จในปี 1798 ซึ่งยังคงใช้เป็นทางผ่านของคลอง Ashtonในมุม 45° เหนือถนน Store Streetในแมนเชสเตอร์[ 5 ]เชื่อกันว่าการออกแบบของเอาต์แรมมีพื้นฐานมาจากงานที่ทำบนคลองคิลแดร์ในไอร์แลนด์ในปี 1787 [ 5 ] [ 6 ]ซึ่งวิลเลียม แชปแมนได้นำส่วนโค้งเฉียงแบบแบ่งส่วนมาใช้ในการออกแบบสะพานฟินเลย์ที่นาส [ 7 ]โดยใช้ส่วนโค้งทรงกระบอกที่มีพื้นฐานมาจากส่วนวงกลมที่เล็กกว่าครึ่งวงกลมและซึ่งโทมัส สโตร์รี[ 8 ] ได้ทำซ้ำ ในปี 1830 ในสะพานที่รองรับ ทางรถไฟ สายแฮกเกอร์ลีสของทางรถไฟสต็อกตันและดาร์ลิงตันข้ามแม่น้ำกอนเลสใกล้ค็อกฟิลด์ เคาน์ตีเดอแรมโดยมีมุมเอียง[A] 63° และช่วงเอียง[B] 42 ฟุต (13 ม.)ส่งผลให้ช่วงที่ชัดเจน[C] 18 ฟุต (5.5 ม.)และความสูง[D] 7 ฟุต (2.1 ม. ) [ 9 ] [ 10 ] [ 11 ] วิธีการทั่วไปที่พวกเขาทั้งหมดใช้คือการหุ้มโครงไม้ตรงกลาง (หรือที่เรียกว่าโครงค้ำยัน ) ด้วยแผ่นไม้ที่เรียกว่า "laggings" ซึ่งวางขนานกับฐานรองรับและไสและปรับระดับอย่างระมัดระวังเพื่อให้ใกล้เคียงกับส่วนโค้งของด้านใน ที่ต้องการ ของส่วนโค้ง ตำแหน่งของชั้นหินในบริเวณใกล้กับส่วนยอดจะถูกทำเครื่องหมายไว้ก่อนเป็นมุมฉากกับหน้าโดยใช้ไม้บรรทัดยาว จากนั้นชั้นหินที่เหลือจะถูกทำเครื่องหมายขนานกัน ช่างก่อสร้างจึงวางหินและตัดให้เป็นรูปทรงตามที่ต้องการ[ 5 ]
การออกแบบร่วมสมัยโดยวิศวกรคู่แข่งประสบความสำเร็จน้อยกว่า และในช่วงเวลาหนึ่ง สะพานโค้งเอียงถือว่าอ่อนแอเมื่อเทียบกับสะพานโค้งปกติหรือ "สี่เหลี่ยม" ดังนั้นจึงหลีกเลี่ยงหากเป็นไปได้[ 12 ] ทางเลือกอื่นคือการสร้างถนนหรือคลองที่มีส่วนโค้งสองชั้นเพื่อให้สามารถข้ามสิ่งกีดขวางได้ในมุมฉาก หรือสร้างสะพานโค้งปกติที่มีความกว้างหรือช่วงพิเศษที่จำเป็นเพื่อให้ผ่านสิ่งกีดขวาง "ในมุมฉาก" [ 13 ] ตัวอย่างของการก่อสร้างประเภทหลังคือ สะพาน เดนบิกฮ อลล์ ซึ่งสร้างขึ้นในปี 1837 เพื่อรองรับทางรถไฟลอนดอนและเบอร์มิงแฮมข้ามถนนวัตลิงในมุมแหลมเพียง 25° [ 6 ] ปัจจุบันสะพานแห่งนี้เป็นโครงสร้างที่ได้รับการขึ้นทะเบียนระดับ 2 และยังคงใช้งานอยู่ในปัจจุบัน โดยรองรับเส้นทางรถไฟสายหลักเวสต์โคสต์ ที่พลุกพล่าน สะพาน นี้สร้างขึ้นในรูปแบบของทางเดินยาวประมาณ200 ฟุต (61 ม.)และ กว้าง 34 ฟุต (10 ม.)ประกอบด้วยคานเหล็กที่วางอยู่บนกำแพงที่สร้างขนานกับถนน เนื่องจากคานและหน้าสะพานจึงตั้งฉากกับถนนและทางรถไฟที่วางเฉียงข้ามด้านบนจึงทำให้ไม่ ต้องสร้างสะพานที่เอียงมากถึง 80 ฟุต (24 เมตร) [ 6 ]
เจมส์ บรินด์ลีย์วิศวกรคลองผู้มีชื่อเสียงไม่เคยประสบความสำเร็จในการคิดค้นวิธีแก้ปัญหาในการสร้างสะพานโค้งเฉียงที่แข็งแรง และเป็นผลให้สะพานข้ามทั้งหมดของเขาถูกสร้างขึ้นเป็นมุมฉากกับทางน้ำ โดยมีทางโค้งสองชั้นในถนนตามความจำเป็น และจนถึงทุกวันนี้ สะพานหลายแห่งยังคงสร้างความไม่สะดวกให้กับผู้ใช้[ 5 ]อย่างไรก็ตาม การมาถึงของทางรถไฟ ซึ่งมีความจำเป็นต้องข้ามสิ่งกีดขวางที่มีอยู่ เช่น แม่น้ำ ถนน คลอง และทางรถไฟอื่นๆ ในแนวเส้นตรงที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ ได้จุดประกายความสนใจของวิศวกรโยธาในสะพานโค้งเฉียงอีกครั้ง[ 1 ] [ 2 ]
ส่วนโค้งเอียงเทียม

ความแข็งแรงของซุ้มโค้งปกติ (หรือที่เรียกว่าซุ้มโค้ง "สี่เหลี่ยม" หรือ "ด้านขวา") มาจากข้อเท็จจริงที่ว่ามวลของโครงสร้างและน้ำหนักบรรทุกด้านบนทำให้เกิดเส้นแรงที่ส่งผ่านหินลงสู่พื้นดินและฐานรองรับโดยไม่ทำให้หินมีแนวโน้มที่จะเลื่อนไปมา เนื่องจากชั้นของหินวางขนานกับฐานรองรับ ซึ่งในซุ้มโค้งปกติจะทำให้หินวางตั้งฉากกับหน้าของซุ้มโค้งด้วย สำหรับสะพานที่เอียงเล็กน้อย โดยที่มุมเอียงน้อยกว่าประมาณ 15° สามารถใช้วิธีการก่อสร้างเดียวกันได้ โดยวางหินเป็นชั้นขนานกับฐานรองรับ[ 5 ] [ 12 ]ผลลัพธ์ที่ได้เรียกว่า "ซุ้มโค้งเอียงเทียม" และการวิเคราะห์แรงภายในแสดงให้เห็นว่าในแต่ละมุมที่หน้าตัดทำมุมแหลมกับฐานรองรับ จะมีแรงลัพธ์ที่ไม่ตั้งฉากกับระนาบของชั้นหิน ซึ่งมีแนวโน้มที่จะผลักหินออกจากหน้าตัด แรงต้านทานเพียงอย่างเดียวเกิดจากแรงเสียดทานและการยึดเกาะของปูนระหว่างหิน[ 5 ] [ 14 ] [ 15 ] ตัวอย่างของซุ้มโค้งเอียงเทียมดังกล่าวคือสะพานโคโลราโดสตรีทในเมืองเซนต์พอล รัฐมินนิโซตา[ 16 ] [ 17 ] ก่อนเริ่มงานก่อสร้างสะพานส่งน้ำสโตร์สตรีท เอาท์แรมได้สร้างซุ้มโค้งเอียงเทียมจำนวนหนึ่ง หนึ่งในนั้นมีมุมเอียงมากถึง 19° เพื่อใช้เป็นสะพานรองรับข้ามคลองฮัดเดอร์สฟิลด์แนร์โรว์ความจริงที่ว่าโครงสร้างที่อ่อนแอเหล่านี้ยังคงตั้งอยู่ได้จนถึงทุกวันนี้เป็นผลมาจากการรับน้ำหนักที่เบา[ 18 ]
แนวทางที่เข้มงวดมากขึ้น
เมื่อพิจารณาถึงความสมดุลของแรงภายในส่วนโค้งปกติ ซึ่งชั้นหินก่ออิฐทั้งหมดที่ประกอบเป็นส่วนโค้งนั้นขนานกับฐานรองรับและตั้งฉากกับหน้าตัด จะสะดวกกว่าหากพิจารณาว่าเป็นวัตถุสองมิติโดยการตัดส่วนแนวตั้งผ่านตัวส่วนโค้งและขนานกับหน้าตัด โดยไม่คำนึงถึงการเปลี่ยนแปลงของแรงที่กระทำตามความยาวของส่วนโค้ง[ 13 ]ในส่วนโค้งเฉียงหรือส่วนโค้งเอียง แกนของส่วนโค้งจะไม่ตั้งฉากกับหน้าตัดโดยเจตนา การเบี่ยงเบนจากความตั้งฉากนี้เรียกว่ามุมเอียงหรือ "ความเอียง" ของส่วนโค้ง[ 19 ] ด้วยเหตุนี้ ส่วนโค้งเอียงจึงจำเป็นต้องคิดว่าเป็นวัตถุสามมิติ และโดยการพิจารณาทิศทางของเส้นแรงภายในส่วนโค้ง จะสามารถกำหนดทิศทางที่เหมาะสมที่สุดสำหรับชั้นหินก่ออิฐที่ประกอบเป็นส่วนโค้งได้[ 2 ]
ส่วนโค้งเฉียงแบบเกลียว
ลักษณะเฉพาะของส่วนโค้งปกติคือ แถวของหินจะขนานกับฐานรองรับและตั้งฉากกับหน้าโค้ง[ 20 ]ในส่วนโค้งเฉียง เงื่อนไขทั้งสองนี้ไม่สามารถเป็นไปได้พร้อมกัน เนื่องจากหน้าโค้งและฐานรองรับไม่ได้ตั้งฉากกันโดยเจตนา เนื่องจากมุมเอียงที่มากกว่าประมาณ 15° เป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการใช้งานหลายอย่าง นักคณิตศาสตร์และวิศวกรเช่นแชปแมนจึงละทิ้งแนวคิดในการวางแถวของหินให้ขนานกับฐานรองรับ และพิจารณาทางเลือกอื่นในการวางแถวให้ตั้งฉากกับหน้าโค้ง และยอมรับความจริงที่ว่าแถวเหล่านั้นจะไม่ขนานกับฐานรองรับอีกต่อไป[ 5 ]แม้ว่าสะพานส่งน้ำสโตร์สตรีทของเอาต์แรมจะถูกสร้างขึ้นโดยคำนึงถึงหลักการนี้ แต่ก็ทำโดยอาศัยประสบการณ์โดยช่างก่อสร้างตัดหินแต่ละก้อนตามที่ต้องการ และจนกระทั่งปี 1828 รายละเอียดของเทคนิคจึงได้รับการตีพิมพ์ในรูปแบบที่เป็นประโยชน์ต่อวิศวกรและช่างก่อสร้างหินคนอื่นๆ[ 21 ]
วิธีการแบบเกลียวของปีเตอร์ นิโคลสันในหิน




ในหนังสือA Popular and Practical Treatise on Masonry and Stone-cutting (1828) สถาปนิก นักคณิตศาสตร์ ช่างทำตู้ และวิศวกรชาวสก็อต ปีเตอร์ นิโคลสันได้นำเสนอวิธีการที่ใช้ได้ผลในการกำหนดรูปร่างและตำแหน่งของหินที่จำเป็นสำหรับการสร้างซุ้มโค้งเฉียงที่แข็งแรง ซึ่งทำให้สามารถเตรียมหินไว้ล่วงหน้าก่อนเริ่มกระบวนการก่อสร้างจริงได้อย่างชัดเจนและเข้าใจง่าย[ 5 ] [ 22 ] [ 23 ]
นิโคลสันแก้ปัญหาโดยการสร้างการพัฒนาของอินทราโดส[E]ของส่วนโค้งจากแบบแปลนและภาพวาดด้านข้าง โดยคลี่และทำให้พื้นผิวเรียบ จากนั้นวาดชั้นหินตั้งฉากกับหน้า[F]เพิ่มข้อต่อหัวหินตั้งฉากกับชั้นหิน จากนั้นจึงม้วนแผนภาพการพัฒนาขึ้นโดยการฉายรายละเอียดของอินทราโดสกลับไปยังแบบแปลนและภาพวาดด้านข้าง ซึ่งเป็นเทคนิคที่ผู้อื่นใช้เช่นกัน ซึ่งต่อมาได้เสนอทางเลือกอื่นในการแก้ปัญหา[ 22 ]วิธีนี้ส่งผลให้ชั้นหินโค้งที่ประกอบเป็นลำตัวของส่วนโค้งเฉียงเป็นไปตาม เส้นทาง เกลียว ขนาน [G]ระหว่างฐานรองรับ ทำให้มุมมองตามแนวลำตัว มีลักษณะเป็นร่อง เกลียว ที่สวยงาม แม้ว่าชั้นหินเหล่านี้จะมาบรรจบกับหน้าส่วนโค้งเป็นมุมฉากที่ส่วนยอดของส่วนโค้ง แต่ยิ่งใกล้กับเส้นเริ่มต้น มาก เท่าใด การเบี่ยงเบนจากความตั้งฉากก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น[ 19 ]ดังนั้น วิธีการของนิโคลสันจึงไม่ใช่ทางออกที่สมบูรณ์แบบ แต่เป็นวิธีที่ใช้ได้ผลและมีข้อดีเหนือกว่าทางเลือกที่บริสุทธิ์กว่า นั่นคือ เนื่องจากแนวเกลียววิ่งขนานกัน หินโค้งทั้งหมดจึงสามารถตัดตามรูปแบบเดียวกันได้ ยกเว้นหินวงแหวนหรือหินมุมซึ่งเป็นจุดที่ส่วนโค้งมาบรรจบกับหน้าของซุ้มประตู แต่ละหินจะมีเอกลักษณ์เฉพาะตัว แต่มีสำเนาที่เหมือนกันในอีกด้านหนึ่ง[ 24 ]
นิโคลสันไม่เคยอ้างว่าตนเองเป็นผู้คิดค้นซุ้มโค้งเฉียง แต่ในงานเขียนชิ้นหลังของเขาเรื่องThe Guide to Railway Masonry ซึ่งประกอบด้วย Complete Treatise on the Oblique Arch (1839) เขาอ้างว่าตนเองเป็นผู้คิดค้นวิธีการผลิตแม่แบบที่ช่วยให้สามารถตัดหินโค้งได้อย่างแม่นยำ ซึ่งใช้ในสะพานเฉียงทั้งหมดที่สร้างขึ้นระหว่างปี 1828 ถึง 1836 โดยอ้างอิงคำรับรองจากผู้สร้างงานสำคัญๆ เช่นสะพานครอฟต์[ 25 ]ที่ครอฟต์-ออน-ทีส์ใกล้กับดาร์ลิงตัน [ 21 ] อย่างไรก็ตามในปี 1836 วิศวกรหนุ่มชื่อชาร์ลส์ ฟ็อกซ์ ได้ปรับปรุงวิธีการแบบเกลียวของนิโคลสัน และนักเขียนคนอื่นๆ ก็ได้เสนอแนวทางอื่นๆ ในการแก้ปัญหา[ 26 ]
วิธีการก่ออิฐแบบอังกฤษของชาร์ลส์ ฟ็อกซ์


ในการคำนวณของเขา นิโคลสันพิจารณาว่าส่วนโค้งของซุ้มประตูทำจากหินวงแหวนวงเดียวและมีความหนาน้อยมาก ดังนั้นเขาจึงพัฒนาเฉพาะส่วนด้านในเท่านั้น[ 27 ] แนวคิดนี้ได้รับการขยายความ ในงานเขียนของ ชาร์ลส์ ฟ็อกซ์ในปี 1836 เรื่องOn the Construction of Skew Archesซึ่งเขาพิจารณาว่าส่วนด้านในของซุ้มประตูและส่วนด้านนอกเป็นพื้นผิวแยกกันที่แมปลงบนทรงกระบอกศูนย์กลางโดยการวาดการพัฒนาแยกกันสำหรับแต่ละส่วน[ 2 ]วิธีการนี้มีข้อดีสองประการ ประการแรก เขาสามารถพัฒนาพื้นผิวที่สามทางทฤษฎีซึ่งอยู่กึ่งกลางระหว่างส่วนด้านในและส่วนด้านนอก ซึ่งทำให้เขาสามารถจัดแนวศูนย์กลางของหินแต่ละก้อน แทนที่จะเป็นพื้นผิวด้านใน ตามแนวเส้นที่ต้องการ จึงสามารถประมาณตำแหน่งที่เหมาะสมได้ดีกว่าที่นิโคลสันสามารถทำได้[ 2 ] [ 28 ] ประการที่สอง ทำให้เขาสามารถพัฒนาพื้นผิวกลางศูนย์กลางจำนวนเท่าใดก็ได้เพื่อวางแผนหลักสูตรในกระบอกโค้งเฉียงหลายวง ทำให้สามารถสร้างด้วยอิฐได้เป็นครั้งแรก และด้วยเหตุนี้จึงประหยัดกว่าที่เคยเป็นไปได้มาก[ 29 ]
เพื่ออธิบายว่าเขาจินตนาการถึงการเรียงตัวของหินโค้งในซุ้มโค้งหินอย่างไร ฟ็อกซ์เขียนว่า "หลักการที่ผมนำมาใช้คือ การแปรรูปหินให้เป็นรูปทรงสี่เหลี่ยมเกลียวที่พันรอบทรงกระบอก หรือพูดให้เข้าใจง่ายกว่าคือ หลักการของเกลียวสี่เหลี่ยม ดังนั้นจึงเห็นได้ชัดว่าหน้าตัดขวางของหินเกลียวเหล่านี้ทั้งหมดเหมือนกันตลอดทั้งซุ้มโค้ง เห็นได้ชัดว่าฐานของหินควรถูกแปรรูปให้เป็นระนาบเกลียว [เฮลิคอยด์] [G] ที่แท้จริง " [ 2 ] ดังนั้น ซุ้มโค้งหินที่สร้างตามแผนของฟ็อกซ์จะมีหินโค้งที่ ตัดด้วยการบิดเล็กน้อย เพื่อให้เป็นไปตามรูปทรงของเกลียวสี่เหลี่ยม
แม้จะอ้างว่าวิธีการของเขานั้นเหนือกว่า แต่ฟ็อกซ์ก็ยอมรับการมีส่วนร่วมของนิโคลสันอย่างเปิดเผย[ 27 ]แต่ในปี พ.ศ. 2380 เขารู้สึกว่าจำเป็นต้องตอบจดหมายที่ตีพิมพ์ซึ่งเขียนขึ้นเพื่อสนับสนุนนิโคลสันโดยเฮนรี เวลช์ วิศวกรเพื่อนร่วมงาน ซึ่งเป็นผู้สำรวจสะพานประจำมณฑลนอร์ธัมเบอร์แลนด์ [ 23 ] น่าเสียดายที่ชายทั้งสามคนเข้าไปพัวพันกับสงครามทางเอกสารซึ่งหลังจากมีการโต้เถียงกันหลายครั้งก่อนหน้านี้ซึ่งมีการตั้งคำถามถึงความริเริ่มสร้างสรรค์ในงานเขียนของเขา ทำให้นิโคลสันวัย 71 ปีรู้สึกขมขื่นและไม่ได้รับการยกย่อง[ 30 ] ในปีต่อมา ฟ็อกซ์ซึ่งยังมีอายุเพียง 28 ปีและทำงานให้กับโรเบิร์ต สตีเฟนสันในฐานะวิศวกรบนทางรถไฟลอนดอนและเบอร์มิงแฮมได้นำเสนอเอกสารของเขาซึ่งสรุปหลักการเหล่านี้ต่อสถาบันหลวงและจากนี้เองวิธีการสร้างซุ้มโค้งอิฐ แบบอังกฤษหรือแบบ เกลียว จึงถือกำเนิดขึ้น [ 2 ]โดยใช้วิธีนี้ บริษัทรถไฟในสหราชอาณาจักรได้สร้างสะพานเอียงหลายพันแห่งโดยใช้อิฐทั้งหมดหรืออิฐที่มีมุมหิน ซึ่งจำนวนมากยังคงหลงเหลืออยู่และยังคงใช้งานอยู่ในปัจจุบัน[ 13 ]
จอร์จ ดับเบิลยู. บัค และ วิลเลียม เอช. บาร์โลว์


ในปี ค.ศ. 1839 จอร์จ วัตสัน บัคซึ่งเคยทำงานบนทางรถไฟลอนดอนและเบอร์มิงแฮมภายใต้สตีเฟนสัน ก่อนที่จะย้ายไปทำงานบนทางรถไฟแมนเชสเตอร์และเบอร์มิงแฮมได้ตีพิมพ์ผลงานชื่อA Practical and Theoretical Essay on Oblique Bridgesซึ่งเขายอมรับการมีส่วนร่วมของนิโคลสันด้วย แต่พบว่าขาดรายละเอียด[ 31 ] จึงนำวิธี การตรีโกณมิติ แบบดั้งเดิมของตนเองและประสบการณ์เชิงปฏิบัติจำนวนมากมาใช้กับปัญหา[ 26 ] [ 32 ] หนังสือเล่มนี้ได้รับการยอมรับว่าเป็นผลงานที่สมบูรณ์เกี่ยวกับเรื่องโค้งเฉียงแบบเกลียว และยังคงเป็นตำรามาตรฐานสำหรับวิศวกรทางรถไฟจนถึงปลายศตวรรษที่ 19 [ 33 ] [ 34 ] วิธีการตรีโกณมิติของบัคทำให้สามารถคำนวณมิติทุกมิติของโค้งเฉียงได้โดยไม่ต้องอาศัยการวัดจากแบบร่างมาตราส่วน และทำให้เขาสามารถคำนวณมุมเอียงขั้นต่ำทางทฤษฎีที่สามารถออกแบบและสร้างสะพานโค้งเฉียงแบบเกลียวครึ่งวงกลมได้อย่างปลอดภัย[ 35 ] "ขีดจำกัดบัค" ตามที่ทราบกันดี มีค่าเท่ากับ 25°40′ หรือเมื่ออ้างอิงตามมุมเอียงสูงสุดจะมีค่าเท่ากับ 64°20′ [ 35 ]
บัคให้ความสำคัญเป็นพิเศษกับการออกแบบสะพานที่มีความเอียงมาก โดยได้แก้ไขปัญหาที่อาจเกิดขึ้นสองประการที่เขาได้ระบุไว้ ประการแรก เขาตั้งข้อสังเกตว่ามุมแหลมที่มุมป้านในแบบแปลนนั้นมีความเสี่ยงที่จะเสียหายได้ง่ายในระหว่างการก่อสร้าง การทรุดตัว หรือการกระแทกโดยไม่ได้ตั้งใจในระหว่างการใช้งานในภายหลัง ดังนั้นเขาจึงคิดค้นวิธีการลบมุม โดยเอามุมแหลมมุมเดียวออกและแทนที่ด้วยมุมป้านสองมุม และตามคำพูดของเขาเอง "ปริมาณที่ถูกตัดออกจากมุมแหลมนั้นจะค่อยๆ ลดลงไปจนถึงมุมตรงข้ามหรือมุมป้าน ซึ่งการตัดจะหายไป ด้วยวิธีการนี้จะไม่มีมุมใดที่เล็กกว่ามุมฉากปรากฏอยู่ภายนอกโครงสร้าง [...] ผลที่ได้นั้นดูสง่างามและน่ามอง" [ 36 ] [ 37 ] ประการที่สอง เขาแนะนำว่าด้านนอกของส่วนโค้งของซุ้มประตูที่มีความเอียงมากควรทำเป็น ขั้นบันได ขรุขระเพื่อเป็นฐานแนวนอนสำหรับ ผนัง โค้งเพื่อป้องกันไม่ให้ผนังโค้งเลื่อนออกจากส่วนโค้ง[ 38 ] สะพานที่ทางรถไฟลอนดอนและเบอร์มิงแฮมข้ามถนนลอนดอนที่บ็อกซ์มัวร์ ในเฮิร์ตฟอร์ดเชียร์ ซึ่งอยู่ติดกับ สถานีเฮเมลเฮมป์สเตดในปัจจุบันบนเส้นทางรถไฟสายหลักชายฝั่งตะวันตก เป็นตัวอย่างของซุ้มประตูโค้งส่วนโค้งที่มีความเอียงมาก ซึ่งออกแบบโดยบัคและรวมเอาคุณสมบัติทั้งสองนี้ไว้ด้วยกัน สร้างด้วยอิฐ มีส่วนโค้งเป็นอิฐ มุมเป็นหิน และมีมุมเอียง 58° สร้างเสร็จในปี 1837 [ 37 ]ไม่นานก่อนที่ทางรถไฟจะเปิดให้บริการ สะพานแห่งนี้เป็นหัวข้อของภาพวาดหมึกและสีน้ำลงวันที่ 12 มิถุนายน 1837 ซึ่งเป็นหนึ่งในชุดผลงานของศิลปินจอห์น คุก บอร์นที่แสดงให้เห็นถึงการก่อสร้างเส้นทางรถไฟ[ 39 ]
บทความของบัคซึ่งมีการวิจารณ์ผลงานของนิโคลสัน[ 31 ]ได้รับการตีพิมพ์ในเดือนกรกฎาคม พ.ศ. 2482 เพียงไม่กี่เดือนก่อนที่คู่มือการก่อสร้างทางรถไฟ ของนิโคลสัน จะได้รับการตีพิมพ์ ทำให้สงครามบทความที่ดำเนินอยู่ในวารสารวิศวกรโยธาและสถาปนิกยังคงดำเนินต่อไปอย่างดุเดือด เนื่องจากนิโคลสันกล่าวหาบัคว่าขโมยความคิดของเขา[ 40 ] และบัคได้ยื่นฟ้องกลับ[ 41 ] ในปี พ.ศ. 2483 วิลเลียม เฮนรี บาร์โลว์ ผู้ช่วยของบัค ซึ่งเป็นวิศวกรหนุ่มได้เข้าร่วมการต่อสู้ โดยในตอนแรกเขาลงชื่อตัวเองอย่างคลุมเครือว่า WHB [ 42 ] แต่ในที่สุดก็ประกาศสนับสนุนบัคอย่างแข็งขันต่อสาธารณะ[ 43 ] ในเวลานั้น นิโคลสันอายุ 75 ปีและสุขภาพทรุดโทรม เขาประสบปัญหาทางการเงินมาตั้งแต่ สำนักพิมพ์แห่งหนึ่งของเขา ล้มละลายในปี พ.ศ. 2460 และเขาต้องการรายได้ที่เขาหวังว่าจะได้รับจากการขายคู่มือ ของ เขา อย่างมาก [ 44 ] ในขณะที่ทั้งฟ็อกซ์และบัคต่างก็ยินดีที่จะยอมรับผลงานของนิโคลสันและได้ต่อสู้กันในเชิงปัญญาเป็นส่วนใหญ่ การโจมตีของบาร์โลว์กลับไม่สุภาพและเป็นส่วนตัวมากขึ้น[ 45 ] ทำให้นิโคลสันซึ่งต่อมาได้รับการสนับสนุนจากสาธารณชนโดยไม่เปิดเผยตัวตนจาก MQ ผู้ลึกลับ[ 46 ] ต้องประสบกับความทุกข์ใจอย่างมาก[ 30 ]
ทางเลือกอื่นนอกเหนือจากวิธีเฮลิคอยด์
วิธีการวางชั้นหินหรืออิฐแบบเกลียวที่นิโคลสัน ฟ็อกซ์ และบัคสนับสนุนนั้นเป็นเพียงการประมาณค่าอุดมคติเท่านั้น เนื่องจากชั้นต่างๆ จะตั้งฉากกับหน้าของส่วนโค้งเฉพาะที่ส่วนยอดเท่านั้น และจะเบี่ยงเบนจากความตั้งฉากมากขึ้นเมื่อเข้าใกล้เส้นเริ่มต้นซึ่งทำให้แก้ไขข้อบกพร่องของส่วนโค้งเอียงที่ผิดพลาดมากเกินไปและทำให้มุมป้านอ่อนลง นักคณิตศาสตร์ที่เคร่งครัดจึงแนะนำให้จำกัดการก่อสร้างแบบเกลียวไว้เฉพาะส่วนโค้งแบบแบ่งส่วน และไม่ควรใช้ในการออกแบบแบบศูนย์กลางเต็ม (ครึ่งวงกลม) [ 47 ] ถึงกระนั้นก็ยังมีสะพานเอียงแบบศูนย์กลางเต็มจำนวนมากที่สร้างขึ้นตามแบบเกลียว และหลายแห่งยังคงตั้งอยู่ สะพานKielder ViaductและNeidpath Viaductเป็นเพียงสองตัวอย่างเท่านั้น
วิธีลอการิทึมของเอ็ดเวิร์ด ซาง




การค้นหา วิธี การตั้งฉากที่ บริสุทธิ์ทางเทคนิค ในการสร้างซุ้มโค้งเฉียงนำไปสู่การเสนอวิธีการลอการิทึมโดยเอ็ดเวิร์ด แซงนักคณิตศาสตร์ที่อาศัยอยู่ในเอดินบะระ ในการนำเสนอสามส่วนต่อสมาคมเพื่อการส่งเสริมศิลปะที่เป็นประโยชน์ระหว่างวันที่ 18 พฤศจิกายน 1835 ถึง 27 มกราคม 1836 ซึ่งในช่วงเวลานั้นเขาได้รับเลือกเป็นรองประธานของสมาคม แม้ว่างานของเขาจะไม่ได้ตีพิมพ์จนกระทั่งปี 1840 [ 48 ] [ 49 ] วิธีการลอการิทึมมีพื้นฐานมาจากหลักการของการวางหินโค้งในแนวที่ "สมดุล" [ 50 ] [H] ซึ่งหินโค้งจะวางตามแนวเส้นที่ตั้งฉากกับหน้าซุ้มโค้งอย่างแท้จริงในทุกระดับความสูง ในขณะที่รอยต่อระหว่างหินภายในแต่ละแนวจะขนานกับหน้าซุ้มโค้งอย่างแท้จริง[ 51 ] [ 52 ]
ในขณะที่เกลียวถูกสร้างขึ้นโดยการฉายเส้นตรงลงบนพื้นผิวของทรงกระบอก วิธีของ Sang ต้องใช้ เส้นโค้ง ลอการิทึม หลายชุด ฉายลงบนพื้นผิวทรงกระบอก จึงเป็นที่มาของชื่อ[ 53 ] ในแง่ของความแข็งแรงและความเสถียร สะพานเฉียงที่สร้างตามแบบลอการิทึมมีข้อดีเหนือกว่าสะพานที่สร้างตามแบบเกลียว โดยเฉพาะอย่างยิ่งในกรณีของการออกแบบแบบศูนย์กลางเต็ม[ 29 ]อย่างไรก็ตาม ชั้นหินไม่ได้ขนานกัน โดยจะบางลงไปทางมุมแหลมที่สุด (ซึ่งอยู่ตรงที่หน้าโค้งทำมุมป้านกับฐานในมุมมองแผนผัง ที่ S และ Q ในภาพร่างทางด้านซ้าย และทางด้านซ้ายมือของภาพถ่ายด้านในทางด้านขวา) และหนาขึ้นไปทางมุมป้านที่สุด (ที่ O และ G ในภาพร่าง และอยู่ทางด้านขวามือของภาพถ่าย) ซึ่งต้องใช้หินที่ตัดพิเศษ โดยที่ไม่มีหินสองก้อนใดในชั้นหินเดียวกันที่เหมือนกัน ซึ่งทำให้ไม่สามารถใช้อิฐที่ผลิตจำนวนมากได้[ 19 ] [ 29 ]อย่างไรก็ตาม ชั้นหินสองชั้นที่เริ่มต้นจากปลายตรงข้ามของทรงกระบอกที่ความสูงเดียวกันเหนือเส้นเริ่มต้นจะเหมือนกันทุกประการ ทำให้จำนวนแม่แบบที่ต้องการลดลงครึ่งหนึ่ง[ 54 ]
ในปี พ.ศ. 2381 อเล็กซานเดอร์ เจมส์ เอดี[ 55 ] บุตรชายของผู้ผลิตเครื่องมือทางแสงชื่อดังคนเดียวกัน[ 56 ] ใน ฐานะวิศวกรประจำทางรถไฟโบลตันและเพรสตันเป็นคนแรกที่นำทฤษฎีนี้ไปใช้ในทางปฏิบัติ[ 57 ] โดยสร้างสะพานเอียงหลายแห่งตามรูปแบบลอการิทึมบนเส้นทางนั้น รวมถึง สะพานรูปครึ่งวงรีหมายเลข 74A ซึ่งได้รับการขึ้นทะเบียนเป็นอาคาร อนุรักษ์ระดับ 2 [ 58 ] ซึ่งเป็นสะพานที่ทางรถไฟข้าม คลองลีดส์และลิเวอร์พูลซึ่งเดิมรู้จักกันในชื่อส่วนใต้ของคลองแลงคาสเตอร์โดยมีเจตนาที่จะเชื่อมต่อกับส่วนเหนือ แม้ว่าสิ่งนี้จะไม่สำเร็จเนื่องจากสะพานส่งน้ำที่จำเป็นข้ามแม่น้ำริบเบิลนั้นมีราคาแพงเกินไปที่จะสร้าง[ 26 ] [ 59 ] [ 60 ] เขาได้นำเสนอเอกสารเกี่ยวกับเรื่องนี้ต่อสถาบันวิศวกรโยธาในปีถัดมา และในปี พ.ศ. 2384 นักวิชาการWilliam WhewellจากTrinity College, Cambridgeได้ตีพิมพ์หนังสือThe Mechanics of Engineeringซึ่งเขาได้อธิบายถึงข้อดีของการสร้างสะพานเอียงที่มีทางโค้งสมดุล แต่เนื่องจากอัตราส่วนความซับซ้อนต่อผลประโยชน์ไม่ดี จึงมีผู้ใช้งานรายอื่นน้อยมาก[ 26 ] [ 50 ]
วิธีการทำcorne de vacheแบบฝรั่งเศส


วิธีการ corne de vacheหรือ "เขาของวัว" เป็นอีกวิธีหนึ่งในการวางชั้นเพื่อให้ชั้นเหล่านั้นมาบรรจบกับหน้าโค้งในแนวตั้งฉากที่ระดับความสูงทั้งหมด[ 61 ] แตกต่างจากวิธีการแบบเกลียวและแบบลอการิทึม ซึ่งด้านในของกระบอกโค้งเป็นทรงกระบอก[I] วิธีการ corne de vacheส่งผลให้เกิด พื้นผิว พาราโบลาไฮเปอร์โบลิกที่ บิดเบี้ยว ซึ่งเว้าลงตรงกลาง คล้ายกับอานม้า[ 62 ] แม้ว่าจะเป็นที่รู้จักในชื่อวิธีการสร้างซุ้มโค้งเฉียงแบบฝรั่งเศส แต่จริงๆ แล้ววิธีการนี้ถูกนำมาใช้โดยวิศวกรชาวอังกฤษWilliam Froudeในขณะที่ทำงานภายใต้Isambard Kingdom Brunelบนทางรถไฟ Bristol และ Exeterซึ่งเปิดให้บริการในปี 1844 [ 63 ] แม้ว่าจะไม่มีรายละเอียดเกี่ยวกับงานของ Froude ในด้านนี้หลงเหลืออยู่ และแม้ว่าเขาจะเป็นที่จดจำได้ดีกว่าจากงานด้านอุทกพลศาสตร์ ของเขา แต่ ก็เป็นที่ทราบกันดีว่าเขาได้สร้างสะพานลอยอย่างน้อยสองแห่งด้วยอิฐสีแดงและหินมุมโดยใช้หลักการนี้บนเส้นทางรถไฟทางเหนือของExeter เล็กน้อย ที่Cowley Bridge Junctionซึ่ง ถนน A377 Exeter–Barnstaple ตัดผ่านในมุมเฉียงและห่างออกไปทางตะวันออกเฉียงเหนือประมาณ4 ไมล์ (6.4 กม.)ที่ReweบนถนนA396ซึ่งทั้งสองแห่งยังคงอยู่และใช้งานอยู่ทุกวัน[ 64 ] งานก่ออิฐมีความซับซ้อนมากกว่าการออกแบบแบบเกลียวมาก และเพื่อให้แน่ใจว่าแถวของอิฐจะบรรจบกับหน้าโค้งเป็นมุมฉาก จึงต้องตัดอิฐจำนวนมากเพื่อให้เกิดความเรียว[ 65 ] วิธีการแบบ corne de vacheมีแนวโน้มที่จะทำให้โครงสร้างมีความแข็งแรงเกือบเท่ากับโครงสร้างที่สร้างตามแบบลอการิทึม และแข็งแรงกว่าโครงสร้างที่สร้างตามแบบเกลียวมาก แต่ความซับซ้อนที่เพิ่มขึ้นทำให้วิธีการนี้ไม่ได้รับการยอมรับอย่างแพร่หลาย โดยเฉพาะอย่างยิ่งเนื่องจากโครงสร้างเกลียวที่เรียบง่ายกว่าสามารถสร้างให้แข็งแรงกว่ามากได้หากเลือกการออกแบบแบบแบ่งส่วน แทนที่จะเป็นแบบศูนย์กลางเต็ม[ 29 ]
ซุ้มโค้งเฉียงแบบมีร่อง


ซุ้มโค้งเฉียงแบบมีซี่โครงเป็นรูปแบบหนึ่งของซุ้มโค้งเฉียงเทียม ซึ่งใช้ซุ้มโค้งหรือซี่โครงแคบๆ ปกติหลายๆ อันที่เยื้องไปด้านข้างจากกัน เพื่อให้ดูเหมือนซุ้มโค้งเฉียงที่แท้จริง[ 66 ] ด้วยแรงจูงใจจากการขาดแคลนช่างก่อสร้างหินฝีมือดีในสหรัฐอเมริกาช่วงศตวรรษที่ 18 การออกแบบนี้จึงถูกเสนอครั้งแรกในปี 1802 สำหรับการข้ามแม่น้ำชูอิลคิลในฟิลาเดลเฟีย โดยเบน จามิน เฮนรี ลาโทรบสถาปนิกชาวอเมริกันเชื้อสายอังกฤษ[ 67 ] และต่อมาได้รับการสนับสนุนโดยเอ. บูเชอร์ วิศวกรโยธาชาวฝรั่งเศส[ 68 ] เนื่องจากซี่โครงโค้งทั้งหมดเป็นซุ้มโค้งปกติ วิธีการก่อสร้างนี้จึงมีข้อดีคือไม่ต้องการช่างฝีมือที่ไม่มีทักษะมากนัก แต่ก็ได้รับการวิพากษ์วิจารณ์อย่างมากว่าอ่อนแอ เสี่ยงต่อความเสียหายจากน้ำแข็ง ไม่สวยงาม และสิ้นเปลืองวัสดุ[ 69 ] แม้ว่าสะพานของ Latrobe จะไม่เคยถูกสร้างขึ้นตามที่เสนอ แต่วิธีการก่อสร้างของเขาถูกนำไปใช้อย่างกว้างขวางโดยทางรถไฟฟิลาเดลเฟียและเรดดิงทั่วพื้นที่ฟิลาเดลเฟีย รวมถึงสะพานลอยขนาดใหญ่ที่ออกแบบโดย Gustavus A. Nicolls ซึ่งมีช่วงโค้งเอียง 6 ช่วง ยาว70 ฟุต (21 เมตร)ข้ามแม่น้ำ และส่วนโค้งเอียงบนบกอีก 6 ส่วน ซึ่งสร้างขึ้นใกล้กับสถานที่ตั้งของสะพานที่ Latrobe เสนอ และแล้วเสร็จในปี 1856 [ 70 ] ด้วยการเสริมความแข็งแรงของผนังส่วนโค้งในปี 1935 สะพานจึงยังคงรองรับการจราจรทางรถไฟมาจนถึงทุกวันนี้[ 67 ]
ทางรถไฟมิดแลนด์ในสหราชอาณาจักรไม่ได้ประสบปัญหาการขาดแคลนแรงงานฝีมือเช่นนั้น แต่เนื่องจากการขยายเส้นทางไปทางใต้สู่ สถานีปลายทาง ลอนดอนที่เซนต์แพนคราสทำให้ต้องข้ามถนนเซาท์ดาวน์ในฮาร์เพนเดนด้วยมุมที่แหลมมากถึงประมาณ 25° [ 71 ] ซึ่งเป็นมุมที่แหลมกว่าขีดจำกัดทางทฤษฎีที่ 25°40′ ที่เสนอโดยบัค[ 35 ]และต้องใช้สะพานที่มีมุมเอียง 65° ซึ่งเป็นสถานการณ์ที่ไม่ต่างจากที่ทางรถไฟลอนดอนและเบอร์มิงแฮมเผชิญเมื่อ 30 ปีก่อน ณ เดนบิกฮอลล์ ในครั้งนี้ วิธีแก้ปัญหาที่เลือกคือการสร้างสะพานถนนเซาท์ดาวน์เป็นสะพานโค้งเอียงแบบมีซี่โครง ซึ่งเปิดใช้งานในปี 1868 และได้รับการขยายให้กว้างขึ้นอย่างประสบความสำเร็จในปี 1893 เมื่อเส้นทางถูกเปลี่ยนเป็นรางสี่ทาง[ 72 ] แม้จะมีคำวิจารณ์เกี่ยวกับการออกแบบดังกล่าว สะพานก็ยังคงตั้งอยู่และใช้งานทุกวันโดยรถไฟด่วนและรถไฟโดยสาร
ตัวอย่างที่เล็กกว่าและเอียงน้อยกว่าคือสะพาน Hereford RoadในLedbury , Herefordshire ซึ่งสร้างขึ้นในปี 1881 เพื่อรองรับทางรถไฟ Ledbury and Gloucesterโดยทำมุมประมาณ 45° ข้ามถนน Hereford Road ซึ่งปัจจุบันเป็นส่วนหนึ่งของถนนA438 [ 73 ]ทาง รถไฟปิดให้บริการในปี 1959 [ 74 ] ปัจจุบันจึงถูกใช้เป็นส่วนหนึ่งของทางเท้า[ 75 ]
โปรดสังเกตว่าสะพานทั้งสองในรูปถ่ายเอียงไปในทิศทางตรงกันข้าม สะพานถนนเซาท์ดาวน์กล่าวกันว่าเอียงไปทางซ้ายเนื่องจากด้านใกล้เยื้องไปทางซ้ายของด้านไกล ในขณะที่สะพานถนนเฮริฟอร์ดเอียงไปทางขวา[ 76 ]
การก่อสร้าง


สะพานโค้งเฉียงในยุคแรกๆ ถูกสร้างขึ้นอย่างพิถีพิถันจากบล็อกก่ออิฐ โดยแต่ละบล็อกถูกตัดเป็นรูปทรงเฉพาะตัวอย่างพิถีพิถันและมีราคาแพง โดยไม่มีขอบสองด้านใดขนานหรือตั้งฉากกัน[ 77 ] ตัวอย่างที่ดีของการก่อสร้างดังกล่าวคือสะพานโค้งเฉียงเรนฮิลล์ อันโด่งดัง ซึ่งได้รับการออกแบบให้มีช่วงเฉียงยาว54 ฟุต (16 เมตร)เพื่อให้มีช่วงกว้างที่ชัดเจนข้ามทางรถไฟ30 ฟุต (9.1 เมตร)ที่มุมเฉียง 56° โดยจอร์จ สตีเฟนสันและสร้างเป็นแบบจำลองไม้ขนาดเต็มในทุ่งนาที่อยู่ติดกันก่อนที่จะสร้างเสร็จสมบูรณ์ในปี พ.ศ. 2473 [ 6 ] [ 77 ] [ 78 ]
สะพานเอียงร่วมสมัยที่สร้างขึ้นเพื่อรองรับทางรถไฟสาย Haggerleazes ของ Stockton and Darlington Railway ข้ามแม่น้ำ Gaunless ในเคาน์ตี Durhamพิสูจน์แล้วว่ายากเกินไปสำหรับผู้รับเหมาเดิม Thomas Worth และ John Batie ซึ่งหลังจากตอกเสาเข็มฐานรากสำหรับฐานรองรับและวางอิฐชั้นล่างแล้ว ก็ได้ละทิ้งงาน สัญญาถูกทำใหม่กับ James Wilson แห่งPontefractเมื่อวันที่ 28 พฤษภาคม 1830 ในราคา 420 ปอนด์ ซึ่งเพิ่มขึ้น 93 ปอนด์จากราคาประมูลเดิม เนื่องจากหลักการยังไม่เป็นที่เข้าใจอย่างสมบูรณ์ งานจึงยังคงยากลำบากและมีการคาดการณ์อย่างจริงจังว่าจะพังทลายลงในไม่ช้า จนกระทั่งไม่กี่วันก่อนการเปิดทางรถไฟสายนี้ ได้มีการถอดโครงเหล็กค้ำยันออกและส่วนโค้งของสะพานทรุดตัวลงเพียงไม่ถึงครึ่งนิ้ว (13 มม.) [ 11 ]
ตัวอย่างของสะพานโค้งเฉียง





ไอร์แลนด์
- สะพานฟินเลย์, นาส, เคาน์ตี้คิลแดร์ โดยวิลเลียม แชปแมน (คลองคิลแดร์, 1787) [ 7 ]
มอลตา
- Arco Barbara , Floriana Lines , Floriana โดยGiovanni Barbara (1726) [ 3 ] [ 4 ]
- Qormi scew arch. [ 79 ]
สเปน
- Puente de los Franceses , มาดริด ( Compañía de los Caminos de Hierro del Norte de España , 1862) สะพานรถไฟอิฐที่มีซุ้มโค้งโค้งเต็มกึ่งกลาง 5 ซุ้มและควนหิน
สหราชอาณาจักร
- สะพานส่งน้ำ Store Streetเมืองแมนเชสเตอร์ ออกแบบโดย Benjamin Outram (คลอง Ashton, 1798) [ 5 ]
- สะพาน Rainhill Skew Bridge ในเมอร์ซีย์ไซด์ ออกแบบโดย George Stephenson ( ทางรถไฟลิเวอร์พูลและแมนเชสเตอร์ , 1830) เป็นสะพานเอียงแห่งแรกที่ใช้สำหรับสร้างถนนข้ามทางรถไฟ[ 6 ]
- สะพาน Haggerleazesข้ามแม่น้ำ Gaunless ใกล้ Cockfield มณฑล Durham ออกแบบโดย Thomas Storey (ทางรถไฟ Stockton และ Darlington, 1830) เป็นสะพานเอียงแห่งแรกที่รองรับทางรถไฟข้ามแม่น้ำ[ 11 ] [ 80 ]
- สะพานลอยระหว่างสถานีลอนดอนบริดจ์และสถานีกรีนิช ( ทางรถไฟลอนดอนและกรีนิช , 1834–1836) เป็นโครงสร้างที่ยาวและซับซ้อน ซึ่งต่อมาได้มีการขยายให้กว้างขึ้นทั้งด้านใต้ (1842) และด้านเหนือ (1850) และยังต่อเติมไปทางทิศตะวันตกถึงสถานีชาริงครอส (1864) และไปทางทิศเหนือถึงสถานีแคนนอนสตรีท (1866) สามารถมองเห็นงานก่ออิฐเฉียงรูปทรงเกลียวได้ในหลายจุดที่ทอดข้ามถนนที่มีอยู่ซึ่งตัดผ่านทางรถไฟในมุมเฉียง
- สะพานรถไฟบ็อกซ์มัวร์ ซึ่งอยู่ติดกับสถานีเฮเมลเฮมป์สเตดในปัจจุบัน มณฑลเฮิร์ตฟอร์ดเชียร์ ออกแบบโดยจอร์จ ดับเบิลยู. บัค (การรถไฟลอนดอนและเบอร์มิงแฮม, 1836–1837) เป็นซุ้มโค้งอิฐที่มีมุมหินและมุมเอียง 58° สร้างด้วยมาตรฐานฝีมือที่สูงมากโดยผู้รับเหมาดับเบิลยู. และแอล. คิวบิตต์ แห่งลอนดอน[ 37 ] [ 81 ] [ 82 ]
- สะพานคลองลีดส์และลิเวอร์พูล หมายเลข 74A ใกล้เมืองชอร์ลีย์ แลงคาเชอร์ ออกแบบโดยอเล็กซานเดอร์ เจ. แอดี้ (ทางรถไฟโบลตันและเพรสตัน ปี 1838) สร้างตามแบบลอการิทึมของแซง[ 26 ]
- สะพานรถไฟมุลส์ฟอร์ดในออกซ์ฟอร์ดเชียร์ ออกแบบโดยอิซัมบาร์ด คิงดอม บรูเนล ( บริษัทรถไฟเกรทเวสเทิร์น , ค.ศ. 1838–1839) ซึ่งได้รับการขยายให้กว้างขึ้นโดยการสร้างสะพานคู่ขนานที่อยู่ติดกันในปี ค.ศ. 1892 เพื่อรองรับรางรถไฟคู่ที่สอง
- สะพานเวสต์บริดจ์เดิมที่ทอดข้ามแม่น้ำเอวอนติดกับสถานีบาธ (สปา) สร้างโดยอิซัมบาร์ด คิงดอม บรูเนล (การรถไฟเกรทเวสเทิร์น, 1840) ประกอบด้วยซุ้มโค้งเฉียงสองแห่ง ที่มีช่วงกว้าง 80 ฟุต (24 เมตร)ทำจากโครงไม้ลามิเนต ต่อมาได้ถูกแทนที่ด้วยสะพานโครงเหล็กดัดเฉียงแบบคานเหล็กในปัจจุบันระหว่างปี 1875 ถึง 1878 โดยใช้ฐานรากและเสากลางเดิม[ 83 ]
- สะพาน Monkhide Skew , Monkhide, Herefordshire โดย Stephen Ballard ( คลอง Herefordshire และ Gloucestershire , 1843) [ 84 ]
- สะพาน Rewe Skew Bridge, Rewe, Devon ออกแบบโดย William Froude (ทางรถไฟบริสตอลและเอ็กซิเตอร์, 1844) ซึ่งอาจเป็นหนึ่งในสองตัวอย่างในบริเตนของ วิธีการก่อสร้างอิฐแบบ corne de vacheที่ริเริ่มโดย Froude อีกแห่งหนึ่งอยู่ที่ Cowley Bridge Junction บนเส้นทางเดียวกัน[ 63 ]
- สะพานคลองรอชเดล และสะพานถนนคาสเซิล เมืองแมนเชสเตอร์ ( ทางรถไฟแมนเชสเตอร์ เซาท์จังก์ชัน และอัลทรินแชมปี 1849) สะพานทั้งสองนี้เป็นสะพานช่วงเฉียงที่เชื่อมต่อกัน แต่ละช่วงประกอบด้วย ส่วนโค้ง เหล็กหล่อหกส่วน รองรับทางรถไฟที่ใช้โดย บริการรถไฟจาก แมนเชสเตอร์ไปเพรสตันและ จาก ลิเวอร์พูลไปแมนเชสเตอร์ซึ่งอยู่ติดกับสถานีดีนส์เกต
- สะพานยาร์ม (Yarm Viaduct ) ในเมืองยาร์ม นอร์ ทยอร์กเชียร์ ออกแบบโดยโทมัส เกรนเจอร์และจอห์น บอร์น (บริษัทรถไฟลีดส์นอร์เทิร์น ค.ศ. 1849–51) มีซุ้มโค้งหินเฉียงสองแห่งตรงจุดที่ทอดข้ามแม่น้ำทีส์และซุ้มโค้งอิฐด้านขวาอีก 41 แห่ง
- สะพานรถไฟเนดพาธ เนดพาธ พีเบิลส์เชอร์ โดยโรเบิร์ต เมอร์เรย์ และจอร์จ คันนิงแฮม ( ทางรถไฟคาเลโดเนียน 1864) [ 85 ]
- สะพาน Lyne Viaduct , Lyne, Peeblesshire (ทางรถไฟ Caledonian, 1864) [ 86 ]
- สะพาน Southdown Road Skew Bridge , Harpenden, Hertfordshire โดย Charles Liddell [ 87 ]และ William H. Barlow (Midland Railway, 1868) เป็นสะพานโค้งเฉียงแบบมีซี่โครงที่สร้างจากอิฐ[ 71 ] [ 88 ]
- สะพานข้ามคีลเดอร์ , คีลเดอร์, นอร์ธัมเบอร์แลนด์ โดยจอห์น เฟอร์เนส โทน ( ทางรถไฟนอร์ทบริติช , 1862) สะพานข้ามหินเอียงที่สร้างขึ้นตามคำแนะนำของนิโคลสัน[ 89 ]
- สะพาน Hereford Road Skew Bridge , Ledbury, Herefordshire (ทางรถไฟ Ledbury และ Gloucester, 1881) เป็นสะพานโค้งเฉียงมีสัน ทำจากหินและอิฐสีน้ำเงิน[ 73 ]
- สะพาน Sickergill Skew Bridge ใกล้ Penrith, Cumbria โดย George Joseph Bell, ผู้สำรวจประจำมณฑล (ตำแหน่งที่ Peter Nicholson เคยดำรงมาก่อน) [ 90 ]และ Bridge Master ของ Cumberland (Raven Beck ที่ Renwick, 1898) เป็นสะพานโค้งเดี่ยวที่สร้างด้วยอิฐ ซึ่งน่าสนใจตรงที่มีการถ่ายภาพระหว่างการก่อสร้าง[ 91 ] [ 92 ]
- สะพานสแตนฟอร์ดใกล้เมืองลัฟโบโรห์ เลสเตอร์เชียร์ ( ทางรถไฟสายเกรตเซ็นทรัลปี 1899) เป็นโครงสร้างอิฐสีน้ำเงิน โดยมีซุ้มโค้งตรงกลางสามซุ้มเอียงเพื่อข้ามแม่น้ำโซร์
- สะพานถนนแบรเดนแฮม ใกล้กับไฮไวคอมบ์ บักกิงแฮมเชียร์ ( การรถไฟร่วมระหว่างเกรทเวสเทิร์นและเกรทเซ็นทรัลปี 1905) เป็นสะพานโค้งเฉียงมีสัน สร้างด้วยอิฐสีน้ำเงิน ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของทางรถไฟสายหลักชิลเทิร์น ที่ ทอดข้ามถนนA4010
- ใต้ถนนสปริงฟิลด์ในเมืองสวินดอนทางรถไฟสายมิดแลนด์และเซาท์เวสเทิร์นจังก์ชันที่เลิกใช้งานแล้วมีสะพานที่ซับซ้อนซึ่งประกอบด้วยส่วนโค้งปกติและส่วนโค้งเฉียงที่ต่อกัน โดยชั้นอิฐบนหลังคาเปลี่ยนจากปกติเป็นแบบเกลียวประมาณสองในสามของความยาวสะพาน ซึ่งรองรับทางแยกถนนด้านบน
สหรัฐอเมริกา
- สะพานรถไฟออลเลเกนีพอร์เทจ (ค.ศ. 1834–1854)
- สะพานโคโลราโดสตรีท เมืองเซนต์พอล รัฐมินนิโซตา ออกแบบโดยแอนเดรียส ดับเบิลยู. มันสเตอร์ (ค.ศ. 1888) เป็นสะพานโค้งเอียงเทียมที่สร้างโดยวางชั้นหินขนานกับฐานรองรับสะพาน
- สะพานข้ามแม่น้ำชูอิลคิลล์สวนแฟร์เมานต์ ฟิลาเดลเฟีย ออกแบบโดยกุสตาวัส เอ. นิโคลส์ (ทางรถไฟฟิลาเดลเฟียและเรดดิง ปี 1856) เป็นสะพานโค้งเฉียงแบบมีซี่โครง ทำจากหิน[ 67 ]
- ซุ้มประตูปรับปรุงถนนเซเว่นท์สตรีท เมืองเซนต์พอล รัฐมินนิโซตา ออกแบบโดยวิลเลียม เอ. ทรูสเดลล์ ( ทางรถไฟเซนต์พอลและดูลูธ , 1883–1884) เป็นซุ้มประตูโค้งครึ่งวงกลมแบบเกลียวคู่หนึ่ง ทำจากอิฐก่อ มีมุมเอียง 27 องศา[ 93 ]
- สะพานถนนแจ็กสันซิลเวอร์ครีก นิวยอร์ก (1869) [ 94 ]
- สะพานโค้งเฉียง (เรดดิง รัฐเพนซิลเวเนีย) โครงสร้างโค้งเกลียว ออกแบบโดยริชาร์ด ออสบอร์น (ปี 1857)
- สะพานถนนสายที่สามสิบสามในฟิลาเดลเฟียรัฐเพนซิลเวเนีย ซุ้มโค้งอิฐมีลวดลาย (ปี 1902)
- อุโมงค์เยลส์วิลล์เมืองวอลลิงฟอร์ด รัฐคอนเนตทิคัต โดยวิลเลียม แมคเคนซี (ค.ศ. 1838)
ดูเพิ่มเติม
หมายเหตุ
- ^
- ^ช่วงเฉียงหรือช่วงบนแนวเฉียง S คือช่วงของส่วนโค้งที่วัดขนานกับหน้าตัดของส่วนโค้งนั้น นี่คือ ช่วง จริงของส่วนโค้งเฉียง ซึ่งต้องได้รับการออกแบบทางวิศวกรรมให้รองรับ และจะมีค่ามากกว่าช่วงใช้งาน ได้เสมอ
- ^ระยะช่วงสี่เหลี่ยมจัตุรัสหรือระยะช่วงบนสี่เหลี่ยมจัตุรัส s คือระยะช่วงของส่วนโค้งที่วัดตั้งฉากกับฐานรองรับ นี่คือระยะ ช่วง ที่ใช้งานได้สำหรับถนนใต้ส่วนโค้ง (ดังนั้นจึงเรียกอีกอย่างว่าระยะช่วงที่ชัดเจน ) และมีความสัมพันธ์กับ ระยะช่วงเฉียงโดยสูตรต่อไปนี้: s = S cos θ
- ^ความสูงของสะพานโค้งเฉียงจะเท่ากับความสูงของสะพานโค้งปกติที่มีช่วงความยาวเท่ากับช่วงความยาวเฉียงของสะพานโค้งเฉียง กรณีพิเศษคือ สะพานโค้งเฉียง แบบจุดศูนย์กลางเต็มหรือแบบครึ่งวงกลม ซึ่งในกรณีนี้ความสูงจะเท่ากับรัศมีของสะพาน หรือครึ่งหนึ่งของช่วงความยาวเฉียง สำหรับสะพานโค้งเฉียงแบบส่วนโค้ง แบบจุดศูนย์กลางสามจุด และแบบวงรี ความสูงจะน้อยกว่ากรณีพิเศษนี้
- ^คำว่าintradosถูกใช้เนื่องจากเป็นคำที่ถูกต้องทางคณิตศาสตร์ ซึ่งหมายถึงพื้นผิวโค้งด้านในของส่วนโค้งของซุ้มประตู ส่วนคำที่เทียบเท่าในทางสถาปัตยกรรมคือsoffit
- ^พูดอย่างเคร่งครัด การพัฒนาหน้าของส่วนโค้งเฉียงนั้นไม่ใช่เส้นตรง แต่เป็นเส้นโค้งรูปตัว S ซึ่งความโค้งจะเด่นชัดมากขึ้นเมื่อมุมเฉียงเพิ่มขึ้น ดังนั้น Nicholson จึงเพิ่มเส้นตรงที่เรียกว่า "เส้นประมาณ" ระหว่างปลายแต่ละด้านในภาพวาดการพัฒนา แล้วจึงวาดเส้นโค้งตั้งฉากกับเส้นนั้น[ 27 ]เส้นประมาณจะสัมผัสกับเส้นโค้งของหน้าเฉพาะที่ส่วนยอดเท่านั้น โดยความแตกต่างจะเพิ่มขึ้นตามระยะทางที่ห่างจากจุดนั้น[ 2 ]
- ^ตำราในศตวรรษที่ 19 ใช้คำว่า"เกลียว" (spiral)เพื่ออธิบายทั้งเส้นและพื้นผิว ส่วน " เกลียว" (helix)เป็นกรณีพิเศษของเกลียวทั่วไปและใช้ได้เฉพาะกับเส้นเท่านั้น คำนี้ใช้เพื่ออธิบายลักษณะเป็นร่องลึกของส่วนโค้งด้านใน (intrados) ของซุ้มโค้งเฉียงประเภทนี้โดยเฉพาะ: แถวของหินเรียงตัวเป็นเส้นทางเกลียวระหว่างฐานรองรับ ส่วน " เฮลิคอยด์" (helicoid)คือพื้นผิวโค้งที่เกิดจากการกวาดรัศมีที่เคลื่อนที่ในเส้นทางเกลียวรอบเส้นแกน พื้นผิวรองรับของสกรูเกลียวสี่เหลี่ยมและน็อตที่เกี่ยวข้องเป็นรูปทรงเฮลิคอยด์ เช่นเดียวกับระนาบการวางตัวระหว่างแถวของหินโค้งที่อยู่ติดกันในซุ้มโค้งเฉียงประเภทนี้
- ^หลักสูตรที่สมดุลคือหลักสูตรที่สร้างขึ้นโดยไม่มีแรงเฉือน ตกค้าง [ 50 ]
- ^นี่คือ คำจำกัดความ ทางเรขาคณิตเชิงอนุพันธ์ ที่เข้มงวด ของทรงกระบอก ซึ่งรวมถึงทั้งทรงกระบอกกลมขวา (ทรงกระบอกทั่วไปที่ทุกคนคุ้นเคย) และทรงกระบอกวงรีขวาหากส่วนโค้งเฉียงแบบเกลียวมีหน้าตัดเป็นรูปครึ่งวงกลม เมื่อวัดในแนวตั้งฉากกับฐานรองรับ ส่วนโค้งจะมีรูปร่างตามทรงกระบอกทั่วไป (ที่จริงแล้วคือครึ่งทรงกระบอก) และหน้าตัด (วัดในแนวเฉียง ขนานกับหน้าตัด) จะเป็นรูปครึ่งวงรี ส่วนโค้งเฉียงแบบวงกลมส่วนย่อยก็มีส่วนโค้งตามรูปร่างของทรงกระบอกทั่วไปเช่นกัน ในขณะที่ส่วนโค้งที่สร้างด้วยหน้าตัดสี่เหลี่ยมรูปครึ่งวงรีจะมีส่วนเฉียงรูปครึ่งวงรีที่แบนและกว้างกว่า โดย หลักแล้ว รูปทรง ที่ขึ้นรูป ด้วยการอัดรีด ของส่วนโค้งสามจุดศูนย์กลางไม่เข้าข่ายคำจำกัดความของทรงกระบอกนี้
ลิงก์ภายนอก
- สะพานอิฐ: สะพานเอียง – ส่วนโครงสร้างทางรถไฟของ Southern E-Group, หน้าสะพานอิฐเอียง
- Skew Arch, Yeovil - ส่วนโครงสร้างทางรถไฟของ Southern E-Group, หน้าเว็บ Yeovil Skew Arch