从麻绳到钢丝绳“19世纪矿井黑科技”阿尔伯特钢索

这种建筑的外观，完全可以被视为旧金山的城市名片。

但很少有人知道，金门大桥这座悬索桥，实际上只依靠两根巨大的钢缆来承载，它们连接着海峡两岸。每一根主缆都由 27 000 根直径 5 毫米的钢丝组成，被紧密绞合成直径 92.5 厘米的巨大缆索。

而俄国“本土杰作”——俄罗斯岛大桥（Русский мост），虽然在世界范围内的知名度暂时还不如金门大桥，但如今它的形象已经被印在了钞票上。

这座桥的结构并非依赖两根主缆，而是依靠 168 根斜拉索（缆索）。每根斜拉索由 13 到 79 股钢绞线组成，而每一股钢绞线又由 7 根直径 15.7 毫米的镀锌钢丝构成。

这两种设计思路的根本区别在于：

俄国的斜拉索在理论上可以逐根更换，一旦某根出现问题，维护相对灵活；

而美国人如果那种直径接近一米的巨型主缆到了使用寿命极限，又该如何更换或维修呢？

那么，一切最初又是从哪里开始的呢？

原来，直到19世纪以前，人们在悬挂物体或起吊重物时，主要使用的是麻绳和铁链。

麻绳价格昂贵，而且只能在特定的气候条件下使用——毕竟有机材料不耐潮湿。

铁链则存在所有链条共有的经典问题：整体强度并不是由所有链节共同承担，而是取决于最薄弱的那一个链节。此外，铁链在使用过程中本身也并不安全。

1824 至 1838 年间，德国克劳斯塔尔-采勒费尔德（Clausthal-Zellerfeld）的矿山工程师威廉·奥古斯特·尤利乌斯·阿尔伯特（Wilhelm August Julius Albert）在改进矿井运输系统的过程中进行了大量研究。他注意到：

• 麻绳的最大优点在于由多股纤维编织而成，载荷可以在各股之间均匀分配；
• 金属链条的最大优点则在于——它是金属制成的。

于是他产生了一个大胆的想法：如果能把这两种优点结合在同一种产品中，那该有多好！

然而问题在于，当时铁丝的制造成本极其高昂。生产过程大致是：

先将小块铁锻造成细长形状，然后将一端削尖，反复穿过孔径逐渐变小的拉丝模具，直到达到所需直径。这个过程通常还需要依靠水力来完成。

尽管如此，阿尔伯特还是决定尝试。他委托工匠制造了一根直径 18 毫米的钢索，由 3 股钢绞线组成，每股包含 4 根直径 3.5 毫米的钢丝，整体的绞合方式完全仿照麻绳的结构。

这，正是现代钢丝绳诞生的起点。

该制品在靠近克劳斯塔尔－采勒费尔德、深度为 484 米的“卡罗琳娜”矿井中进行了测试。事实证明，尽管存在怀疑者，这一构想的效果不仅达到了预期，甚至远远超出预期。结果显示，这种“阿尔伯特钢索”的起重能力是同直径麻绳的 6 倍，是铁链的 4 倍。同时，它所承受的载荷可达到自身重量的 8 倍，而在卷筒上占用的空间，仅为同等性能铁链的三分之一。

但最重要的优势在于：起重装置即将发生故障时，会提前给出信号——其中某一根钢丝会率先断裂。由于钢丝在绳索中不断在内层与外层之间交替分布，因此问题出现的位置可以立刻被发现。

资料记载，受损的部位可以通过重新连接钢丝进行修复，或者在适当的时候及时更换整根钢索。

维尔赫尔姆·奥古斯特·尤利乌斯·阿尔伯特（Wilhelm August Julius Albert，1787年1月27日－1846年7月4日）是德国的矿业工程师和发明家。

他出生在汉诺威一个市长家庭。曾在哥廷根大学学习法律，毕业后进入**克劳斯塔尔-采勒费尔德矿务局（Bergamt）**工作。不久，他被任命为司法顾问，随后成为矿务局局长。

阿尔伯特在其发明上发表了一篇文章，题为《Die Anfertigung von Treibseilen aus geflochtenem Eisendrath》（《用编织钢丝制造矿井提升绳索》），刊登在当时领先的矿业杂志《Karstens Archiv》上。在文中，他详细描述了第一根钢索的结构、生产工艺以及测试体验。这种公开透明，使得所有对此感兴趣的人都可以按照相同设计自行生产钢索，而无需经历完整的测试流程。

此外，阿尔伯特还是最早记录金属疲劳现象的科学家之一。

据说，他童年时表现出音乐天赋，后来成为一名成功的律师，但他最终以发明世界上第一根金属绳索而载入史册。

附注：有趣的是，这篇文章发表后，其他人像往常一样试图改进发明，却采取了简单的做法——增加绳索股数，把多股直接缠绕在中心股周围。显然，这种做法破坏了原有逻辑，导致载荷分布不均，同时中心股发生断裂时也无法进行目视检查。