Charles Ellis: 被遗忘的金门桥英雄
一个横跨旧金山湾入口的红色钢铁巨人，其设计一直被认为是广为人知。然而，历史学家证实：金门大桥背后真正的技术天才不是别人，正是查尔斯·埃利斯！
让我们详细了解这位工程师的历史，深入探索静力学的激情、竞争、卓越的建筑以及笼罩在旧金山湾上被遗忘的迷雾。查尔斯·埃利斯究竟是谁？没有他，金门大桥是否可能建成？请继续关注！
金门大桥欢呼——查尔斯·埃利斯却默默无闻
1937年，金门大桥正式开放，这是一项工程学的杰作。经过四年多的建设，这座宏伟的钢桥终于横跨在旧金山湾入口上。智者们为建桥之成而欢庆。
欢呼声、荣耀以及雷鸣般的掌声都献给了总工程师约瑟夫·斯特劳斯。但有一个重要的人缺席：查尔斯·埃利斯。他的名字几十年后仍几乎不为人知。工程师查尔斯·埃利斯从未在聚光灯下出现，他甚至没有被邀请参加开幕式。然而，没有查尔斯·埃利斯，金门大桥可能从未能如愿建成。
查尔斯·埃利斯：建造一座不可能的桥
20世纪初，人们开始呼吁建造一座"特殊的桥"。这座桥将连接旧金山与马林半岛：它是水上和陆上贸易的"重要枢纽"。长期以来，它被认为是无法建造的。因为风力太强，跨度太大。在当时几乎是"不可思议"的。
总工程师约瑟夫·斯特劳斯从1921年起展示了他的"最初设计"。这是一个由悬索桥和桁架组成的混合桥。你们中有工程师的人可能会摇头。这是行不通的。实际上，斯特劳斯在超大跨度方面经验甚少。
他的设计太重，不够高效，而且也不美观。这并不令人惊讶，因为计划的1280米跨度比迄今为止建造的任何桥都大。此时，负责人决定请来一个"真正的专家"：查尔斯·埃利斯。
查尔斯·埃利斯在建筑金门大桥中的角色
为什么查尔斯·埃利斯对这个项目如此重要？答案很简单，他在这个领域是‘最好的’。很少有人比他更适合这个工作。查尔斯·埃利斯是伊利诺伊大学的建筑静力学‘教授’，他的主要研究领域是：
- 弹性理论
- 悬索桥设计
- 复杂荷载模型。
正是金门大桥项目所迫切需要的。他的任务是将约瑟夫·斯特劳斯的想法转变为‘可计算的现实’。他必须确定所有‘重要数据’，从主缆直径到塔高，再到风力行为。
查尔斯·埃利斯的突破：偏转理论
在那个时代，‘偏转理论’虽然已经流传了几十年，但在实践中相对较新。‘原理很简单’。在此之前，桥梁被尽可能地建得很坚固以防止下垂。然而，许多事故中，那些‘悬索桥’依然被破坏。
一个非常典型的例子是位于曼彻斯特附近的‘布劳顿悬索桥’，我们将在此帖中简要报道： 千禧桥：为什么桥梁会晃动 。它因众所周知的‘固有振动问题’而倒塌。早期的桥梁被设计得非常坚固，以最小化变形。然而，按照‘偏转理论’来看，这完全是‘错误的方法’。
自1888年以来，这一理论逐渐传播开来。核心论点是：结构中的‘一定柔性’既安全又经济。桥面的‘变形’与相关承重缆的‘变形’协同作用。
因此，突然间可以使用更轻、更‘苗条的承重结构’。承重缆的刚性也有助于承载能力。最后，悬索桥在例如‘振动和风力’作用下仍然保持稳固。
埃利斯利用这一理论进行计算。他计算出在交通荷载下，桥梁可以在不破坏结构的情况下‘弹性变形’的程度。因此，与斯特劳斯的设计相比，他为大桥提供了‘更轻的重量’、降低了材料成本并实现了预期的‘巨大跨度’。如果没有这些计算，或者桥梁要么因为成本超支而未能建成，要么因为安全原因而未被批准。
查尔斯·埃利斯对金门大桥的计算
让我们回到整个事情的核心。查尔斯·埃利斯在金门大桥上具体计算了什么？简短回答：一切。对于任何对‘细节’感兴趣的人，这里有一个简要概览。
查尔斯·埃利斯确定了必要的‘支索直径’，约为92厘米，‘最大拉力’约为每根电缆90,000吨以及总负荷。他也对塔楼负责‘计算监督’。塔楼高度227米从水面起，这已经很特别。这里有很多关键点：
- 截面尺寸
- 压曲稳定性
- ‘自重’
- 电缆力量
- ‘风荷’
既然我们在谈负荷：金门大桥有一个‘桁架加劲梁’，约7.6米高。虽然与大桥相比显得极小，但它的作用非常重要。这根梁的任务是防止‘危险的振动’。
埃利斯计算了它的刚性，在运输负荷下的‘应力’并确保足够的风稳定性。因为风是整个金门大桥项目的‘最大风险’之一。‘查尔斯·埃利斯’知道这一点，因此对这一课题进行了深入研究。
毕竟，金门大桥至今仍以‘强风’著称并经常遭遇极端天气。要注意：那时没有风洞测试，‘也没有计算机’。查尔斯·埃利斯必须‘理论上模拟’所有风荷。
无论是侧向负荷还是扭转载荷：他用笔、纸和计算尺算出了一切。许多人可能猜到了，‘这有多麻烦’。但花费是值得的！相比之下，在金门大桥开通后三年，塔科马海峡大桥因风力坍塌。具体内容我们将在本帖另做报道： 千禧桥：为什么桥梁会晃动 。‘查尔斯·埃利斯的桥’至今仍保持稳定。
查尔斯·阿尔顿·埃利斯：一切都源于形式
金门大桥的最终设计亦出自查尔斯·A·埃利斯之手。例如，他通过计算得到的‘电缆垂度’约为152米。这是对桥梁‘至关重要的参数’。为什么这非常重要？
假如电缆‘过紧’，会有‘过大的力’直接作用于它。因此，它们可能会在某些时候因力过大而断裂。而如果‘电缆过松’呢？那么桥梁将过于柔软，移动过多，并有可能‘最终失稳’。查尔斯·埃利斯‘优化了这一参数’，确保了电缆的长度恰到好处。
查尔斯·埃利斯的工作范围
工程师们可能早已预料到。这样一座‘复杂的桥梁’完全计算——并且是手工计算：这是一个巨大的任务。查尔斯·埃利斯撰写了‘超过10,000页’的计算文档，所有这些都仅靠纸、铅笔和计算尺完成。
为了做到这一点，他‘两年不间断地工作’。日夜不息，一周七天，常常累到虚脱。他成为整个桥梁项目中‘核心技术头脑’。他的文档是金门大桥建造的‘基础’：这是一种难以置信的‘强大工作’。这当然也得到了应有的认可。是吗？
查尔斯·埃利斯：被解除项目职务
与如此技术才能出众的人共事：那么‘总工程师斯特劳斯’一定为此感到特别自豪。事实可能恰恰相反。对斯特劳斯来说，一切‘进展得太慢’且成本太高。尽管查尔斯·埃利斯已经日以继夜地工作着。埃利斯计算所用的‘工作量和复杂度’对于他的上司来说太过了。
两人‘争吵不休’，埃利斯于‘1931年被解雇’，这在动工两年前。官方原因：斯特劳斯指控他‘浪费时间’。尽管查尔斯·埃利斯的计算‘已经完整’。可能这是因为嫉妒。在未能解决争议以及斯特劳斯‘抹去了埃利斯的名字’后，这一印象愈加恶化。
查尔斯·埃利斯的计算结果如何被使用？
其中的讽刺在于：现场的土木工程师依然继续使用查尔斯·埃利斯的‘所有文档’。最终，桥梁如同工程学教授计算的那样建成。更有甚者，这些计算‘体现在每一个构件中’。
例如，查尔斯·埃利斯计算了所需的‘钢丝量’，随后被用于现场缆索编制。电缆来自‘罗布林公司’，背后的人是‘约翰·A·罗布林’，我们在这里已经谈到了这个有趣的人物： 约翰·A·罗布林：布鲁克林大桥背后的悲剧故事 。
对于‘不同施工阶段’，埃利斯也‘提前进行了所有计算’。例如，桥梁‘半完工’时的负载状况。即使是微小的偏差都会导致‘灾难性的影响’的不对称负载。
即便是金门大桥在交通荷载下的行为也是基于他的模型。查尔斯·埃利斯计算了其在满负荷车辆荷载下的最大下垂大约为3米，这对‘桥梁的稳定性’没有任何损害。至今为止，证明他的预测与金门大桥的‘实际表现’相当一致。
查尔斯·阿尔顿·埃利斯：被遗忘的天才
不仅仅是他的名字被‘从所有项目文件中抹去’。 查尔斯·埃利斯甚至没有被邀请参加1937年金门大桥的‘开幕式’。在原始的‘纪念牌匾’上也找不到他的名字。没有人再在项目中提到他。
查尔斯·埃利斯返回大学，并后来开设了一家‘自己的咨询公司’。整整一生，他‘都没有得到任何表彰’。1949年去世时，他的讣告中提到他是‘金门大桥的真正设计者’，但这并未在官方上得到认可。
花费数十年后，事情才有所改观。2007年，为开幕70周年，金门大桥区在一份报告中正式承认，埃利斯在’设计中占有主要份额’。此后，人们知道斯特劳斯在项目中担任了项目经理和政治支持者，而查尔斯·埃利斯则是其‘核心理论工程师’。自2012年起，这也被刻在大桥‘南塔’的一块‘牌匾上’。
结论：查尔斯·阿尔顿·埃利斯与金门大桥
斯特劳斯成功地‘淡化了’许多重要同事在金门大桥项目中的‘参与’，不仅仅是埃利斯。他将自己塑造成了‘唯一的头脑’和大桥的创造者。但许多人肯定知道：在建筑项目中，‘工程师的可见性’一直是一个挑战。
公众虽然能看到塔、巨型电缆以及桥面，但‘看不到’其背后的计算。或许，人们还会知道‘建筑师的名字’，并为他的作品喝彩。将设计转化为‘现实构造’的人们大多是看不见的。
一些设计师的‘参与被公开展示’在大型项目中，例如： 传奇工程师古斯塔夫·埃菲尔 。然后是建筑业的‘无名英雄’，比如： Fritz Leonhardt：一位让混凝土悬浮的工程师 。当然还有那些像 Joseph Monier：一位发明钢筋混凝土的园艺师 这样的人，他们通过‘偶然的发明’对建筑业产生了重大影响。
查尔斯·埃利斯在重要‘建筑人物’的历史上无疑是与众不同的。在那个没有计算机的时代，他解决了‘复杂的非线性问题’，以及当时桥梁建设中一些最‘重大挑战’。一切都在理论上讨论，结果都成功了。
金门大桥至今耸立，其‘亮橙红色’在浓雾中熠熠生辉。无论地震、风暴还是风暴潮：至今，它几乎没有出现任何损坏。主要感谢一个‘人的精确计算’：查尔斯·阿尔顿·埃利斯。