Den ursprungliga Tay Bridge ritades av den kända järnvägsingenjören Thomas Bouch, som blev adlad när bron var färdig. Den var utformad som ett gallergaller med en kombination av gjutjärn och smidesjärn. Konstruktionen var välkänd: den användes med framgång i Crumlinviadukten i södra Wales 1858, efter att gjutjärn använts i Crystal Palace.
En tidigare konstruktion i gjutjärn, Deebron som kollapsade 1847, misslyckades på grund av dålig användning av gjutjärnsbalkar. Senare använde Gustave Eiffel en liknande konstruktion för att skapa flera stora viadukter i Centralmassivet (1867).
Förslagen om att bygga en bro över floden Tay går tillbaka till åtminstone 1854. North British Railway (Tay Bridge) Act fick kungligt samtycke den 15 juli 1870 och grundstenen lades den 22 juli 1871.
Brokonstruktionen: den grundläggande idén
Den ursprungliga konstruktionen bestod av fackverksbalkar som stöddes av tegelpiror som vilade på berggrunden som vid provborrningar visade sig ligga på ett litet djup under floden. I båda ändarna av bron löpte enkelspåret ovanpå brobalken, som därför till största delen låg under pirarnas toppar. I den centrala delen av bron (de "höga balkarna") gick järnvägen dock innanför brobalken, som då kunde löpa ovanför bryggans toppar för att ge den nödvändiga frihöjd som krävs för att segelfartyg skall kunna passera uppströms (t.ex. till Perth).
Men när bron sträckte sig ut i floden blev det i december 1873 uppenbart att berggrunden i själva verket låg mycket djupare, för djupt för att fungera som grund för bropirerna. Bouch var tvungen att göra om bron.
Han minskade antalet pelare och ökade spännvidden på balkarna. Pirarnas fundament togs inte längre ner till berggrunden, utan byggdes genom att man sänkte tegelklädda kassuner av smidesjärn i flodbädden,
Arbetet
Det företag som hade kontraktet för att bygga bron gick i konkurs medan Bouch höll på att göra en ny design av bron. Det ersättande företaget gjorde ett dåligt arbete. Nästan alla delar av bron var undermåliga, inklusive järnet, svenskarna och fästanordningarna. Bristande precision i bultar och stöttor ledde till tillfälliga reparationer på plats, som av ett vittne vid den senare undersökningen beskrevs som "ett så slarvigt arbete som jag någonsin sett i mitt liv".
Öppning
Bron öppnades för passagerartrafik den 1 juni 1878. Året därpå, den 20 juni 1879, gick drottning Victoria över bron för att återvända söderut från Balmoral. Bouch presenterades för henne innan hon gjorde det, och den 26 juni 1879 adlades han av drottningen i Windsor Castle.
Katastrofen med Tay Bridge
Natten till den 28 december 1879 klockan 19.15 kollapsade bron efter att dess mittfält gav vika under en kraftig vinterstorm. Ett tåg med sex vagnar med sjuttiofem passagerare och besättning, som korsade bron vid tidpunkten för kollapsen, störtade ner i Tay-flodens iskalla vatten. Alla sjuttiofem förlorades. Katastrofen gjorde hela landet förbluffat och sände chockvågor genom den viktorianska ingenjörsvärlden.
Vid den tidpunkten blåste en storm med vindstyrka tio eller elva (vindar av tropisk stormstyrka: 55-72 mph/80-117 km/tim) nedför Taymynningen i rät vinkel mot bron. Själva loket bärgades ur floden och återställdes till järnvägen för att användas.
Broens kollaps, som öppnats bara 19 månader tidigare och som godkänts som säker av Board of Trade, är fortfarande den mest kända brokatastrofen på de brittiska öarna. Stubbarna av de ursprungliga brofästena syns fortfarande ovanför ytan av Tay även vid högvatten.
Rapport från undersökningsdomstolen
Orsaker
Utredningen visade att broens fall berodde på att tvärförankringarna och fästanordningarna var otillräckliga för att klara av kraften från stormen natten till den 28 december 1879 och att bron tidigare hade utsatts för andra stormar.
Detta är dock inte ett konstaterande av att bron skulle ha gått sönder i den form den var konstruerad. Den ingenjör som utsetts att utföra detaljerade undersökningar vittnade om detta:
"Enbart vindtryck (om man antar att konstruktionen var perfekt gjord och utformad på detta sätt) på 37 pund per kvadratfot skulle ha störtat den, men att den föll till följd av ett överdrivet vindtryck, eftersom den var perfekt, är uppenbarligen inte fallet, [eftersom] den inte föll på de punkter som skulle ha varit de minsta motståndslinjerna om konstruktionen hade varit perfekt. Det sätt på vilket den föll visar att det måste ha funnits svaga punkter i konstruktionen och detta, med den kunskap jag har [om delar som redan måste repareras], ... visar mig att konstruktionen inte var i perfekt skick".
Den del av bron som ligger i mitten av bron, där rälsen löper innanför höga balkar, var potentiellt topptung och mycket sårbar för kraftiga vindar. Varken Bouch eller entreprenören verkade ha besökt gjuteriet på plats regelbundet, där järn från den tidigare halvbyggda bron återanvändes. De cylindriska gjutjärnskolonnerna som stödde broens 13 längsta spännvidder, var och en 245 fot (75 m) lång, var av dålig kvalitet. Många hade gjutits horisontellt, vilket ledde till att väggarna inte var jämntjocka, och det fanns vissa tecken på att ofullkomliga gjutningar doldes från de (mycket otillräckliga) kvalitetskontrollerna.
I synnerhet hade några av de klackar som användes som fästpunkter för stöttor av smidesjärn "bränts på" i stället för att gjutas med pelarna. Även de normala klackarna var mycket svaga. De testades för undersökningen och visade sig gå sönder vid endast cirka 20 långa ton (20 t) i stället för den förväntade belastningen på 60 långa ton (61 t). Dessa klackar bröt samman och destabiliserade hela broens mitt under stormen.
Enkelt uttryckt kan man säga att bron misslyckades på grund av brister i tillverkningen. Detta innebar att den inte nådde upp till de normer för vindmotstånd som konstruktören hade tänkt sig.
- Utredningsrättens rapport och Rotherys rapport. Stationery Office, London 1880. [1]
- Katastrofen vid Tay Bridge: Bilaga till undersökningsdomstolens rapport. [2]
