中国古代经典桥梁

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  从古至今,中国人修建了数以万计或奇巧或壮丽的桥梁。中国古代桥梁的建筑艺术世界闻名,多座桥梁已成世界桥梁史上的创举。目前对古桥的分类方法较多,本文根据桥梁结构的承载状况和杆件的受力性质,将中国古代桥梁分成5大类——索桥、梁桥、浮桥(浮动桥墩类)、拱桥和木拱廊桥(廊桥类)。
  索桥
  我国古代索桥中最具代表性的是泸定桥。泸定桥在四川省泸定县县城西,横跨大渡河,通称为大渡河铁索桥。此桥为铁索悬桥,净跨长度100米,宽2.8米,桥面距枯水位14.5米,全桥铁索共13根,9根铁索平行系于大渡河两岸,上平铺木板作为桥面,其余4根分别悬于左右作为桥栏扶手。泸定桥始建于1705年(清康熙四十四年)。1935年5月29日,中国工农红军长征途中曾在此取得飞夺泸定桥的重大胜利,这一胜利让泸定桥驰名中外。
  
  泸定桥的上部结构是铁索(铁链条),铁索承受上部结构的全部荷载。其中底面的铁索上铺设桥面板,侧面铁索上安装栏杆,共同构成上部结构——桥面系统。铁索桥依靠拉力,使桥身不在重力作用下下落,其拉力在竖直方向上的分力与重力抵消,从而达到平衡状态。桥板与铁索间的受力情况如图2所示,G、T1、T2组成一个汇交力系,保持平衡。从图3所示的力三角形看,T1、T2远远大于G,所以建造铁索桥时要确保铁索有足够的强度和刚度。
  除了铁索桥外,索桥还有竹索桥、藤索桥等,如四川安澜桥的“索”,就是用竹子劈成细丝拧成的,故称竹索桥。
  
  梁桥
  梁桥的代表是我国现存最长的石桥安平桥(图5),它位于福建晋江安海镇,享“天下无桥长此桥”之誉。因安海镇古称安平道,此桥由此得名;又因桥长约2.5千米(5华里),俗称五里桥。
  
  安平橋始建于1138年(南宋绍兴八年),明清两代曾多次重修。桥面宽3~3.8米,桥墩共361个,用花岗岩条石横直交错叠砌而成,共有3种形式:长方形、单边船形、双边船形。其中单边船形一端成尖状,另一端为方形,设于较缓的港道地方;双边船形墩的两端成尖状,便于排水,设在水流较急而较宽的主要港道。
  安平桥是梁桥,主体受力构件是梁柱,主要变形是梁的弯曲变形。梁式桥有木梁桥和石梁桥两种,其纵梁均系简支梁。不言而喻,安平桥的结构比较简单,其上部结构多以石板为梁,石板梁既是梁又是桥面。下部结构以石板砌筑墩台,此种石桥通称为“石板梁桥”。
  如图6所示,简支梁上力越靠近梁中,弯矩M1和M2越大,梁上下两边承受的正应力越大,当正应力达到极限值时,梁随时都会断掉,这就是强度极限。所以保护石梁桥的最好方法就是尽量减小梁中的最大正应力。
  
  简支梁桥的主要特点是:受力明确、构造简单,易于标准化设计、制作和工地预制,易于架设施工,易于养护、维修和更换构件。从受力分析上看,破坏梁的头号杀手是梁中的最大弯矩,而最大弯矩与梁长成正比关系,所以简支梁桥不适用于较大跨度的桥梁工程。
  
  浮桥
  广济桥位于广东省潮安县潮州镇东,横跨韩江,始建于1171年(南宋乾道7年)。全桥长515米,分东西两段18墩,中间一段宽约百米,因水流湍急,未能架桥,只用小船摆渡,当时称济州桥。桥墩用花岗石块砌成,中段用18艘梭船联成浮桥,能开能合,当大船、木排通过时,可以将浮桥中的浮船解开,让船只、木排通过。它是世界上最早的一座开关活动式大石桥。
  浮桥的结构形式有两种:一是传统的形式,在船或浮箱上架梁、再铺桥面。二是舟梁合一的形式,或船只首尾相连,成纵列式,或将舟体紧密排列成带式。为保持浮桥轴线位置不致偏移,在上、下游需设缆索锚碇。为与两岸接通,还需在两岸设置过渡梁或跳板。广济桥属后者,是古代浮桥建筑的代表。
  
  浮桥实属梁桥,与梁桥不同的是,梁桥的梁是靠桥墩支撑的,桥墩又是靠地面支撑,是固定不动的;而浮桥的梁是靠浮动桥墩(船体或可浮箱体)支撑的,浮动桥墩又是靠水对它的浮力支撑的。
  石拱桥
  由于南方与北方的地理环境不同,交通运输工具有所不同,因而石拱桥的结构也因地而异,于是出现了轻型(薄墩薄拱)石拱桥和重型(厚墩厚拱)石拱桥之分。拱的具体构造又有多种做法,其中以半圆形石拱为最多,有薄型拱,也有厚型拱。其次是圆弧形石拱,圆弧拱均系厚型拱。厚型拱中的半圆形石拱,又有多种构造形式,如并列式、分段并列式、纵联分段并列式、框形并列式、纵联式、镶边纵联式、框形纵联式。
  石拱桥的著名代表首推河北赵县的赵州桥。赵州桥坐落在河北省南部的洨河上,建于隋代,由著名匠师李春设计和建造,距今已有1400年的历史,是当今世界上现存第二早(第一为小商桥)、保存最完整的古代敞肩石拱桥。
  李春就地取材,选用附近州县生产的质地坚硬的青灰色砂石作为建桥石料。在石拱砌置方法上,均采用了纵向(顺桥方向)砌置方法,就是整个大桥由28道各自独立的拱券沿宽度方向并列组合而成。拱厚皆为1.03米,每券各自独立、单独操作,相当灵活。每券砌完全合龙后就成一道独立拼券,砌完一道拱券,移动承担重量的“鹰架”,再砌另一道相邻拱。这种砌法有很多优点,它既可以节省制作“鹰架”所用的木材,便于移动,又可以利于桥的维修,一道拱券的石块损坏了,只要嵌入新石,进行局部修整就行了,不必对整座桥进行调整。
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