为什么说《赵州桥》是历史上的一个创举?
赵州桥始建于1400年前,经历了10次洪水、8次战争和多次地震,尤其是1966年邢台7.6级地震。邢台离这里40多公里,也有4.0级的地震。赵州桥没有遭到破坏。著名桥梁专家茅以升说,不管桥的内部结构如何,只有它才能存在6544。1963洪水淹至桥拱龙口。据当地老人说,站在桥上可以感觉到桥体在大幅度晃动。据记载,赵州桥自建立以来已经修复了八次。
在主拱券的上端增加两个小拱券,可以节省材料,减轻桥体自重(减少自重15%),增加桥下河水的排泄量。
1979年5月,由中国科学院自然历史组等四个单位组成的联合调查组对赵州桥的桥基进行了调查。赵州桥的重量为2800吨,它的基础只是一个由五层石头砌成的高1.55米的桥台,直接建在天然砂石上。
如此浅的桥基令人难以置信。梁思成先生在1933考察时,认为它只是防止水冲刷的金刚墙,而不是承受桥票全部荷载的基础。他在报告中写道:
“为了测量券基,我们在北面的券脚下进行了挖掘,但现在在河床下大约70-80厘米的地方,也就是我们发现了券下平躺的石墙。石砌五层,总高1.58米。每一层都比上面的略高,下面没有坚实的地基。明明只是用来防止水冲刷的菱形墙,而不是承受桥券全部荷载的基础。因为再过30-40厘米就会见水,除非大规模开挖,否则不可能到达我们根据理论推测的大桥基础位置。”
1991 9月,赵州桥被美国土木工程师学会评选为第12个“国际土木工程里程碑”。
并在大桥北端东侧建有“国际土木工程历史纪念碑”铜牌纪念碑。
为了保护赵州桥,上世纪末在赵州桥以东100米处修建的新桥结构仍沿用赵州桥,只是主拱上的小拱增加到一侧5个。
【设计创新】:
(1)采用圆拱形式,改变了我国大型石桥多为半圆拱的传统。
中国古代石桥的拱多为半圆形,美观完整,但也有两个缺陷:一是交通不便,半圆拱更适合跨度小的桥,而大跨度的桥采用半圆拱会使拱很高,导致桥很陡,行人和汽车过桥不方便。二是施工不利,半圆拱石砌筑用的脚手架会很高,增加施工风险。为此,李春和工匠们创造性地采用了圆拱的形式,大大降低了石拱的高度。赵州桥主跨的净跨度是37。02米,而拱高只有7.25米,拱高跨比约为1:5。这样就实现了低桥面和大跨度的双重目的,桥面过渡平顺,车辆和行人都很方便,还具有节省材料、施工方便的优点。当然,两端圆拱对桥基的推力也相应增大,这对桥基的施工提出了更高的要求。
(2)采用我们的肩膀。
这是李春对拱肩进行的重大改进,将桥梁建设中使用的实肩拱改为开肩拱,即在大拱两端设置两个小拱,靠近大拱脚的小拱净距为3.8米,另一个拱的净距为2.8米。这种大拱小拱的开肩拱具有优良的技术性能。首先,可以增加泄洪能力,减少因汛期水量增加而造成的洪水对桥梁的影响。古交河汛期水势大,对桥梁的泄洪能力是一个考验。四个小拱门可以分担部分洪水。根据计算,四个小拱可以增加约16%的水域面积,大大减少洪水对桥梁的影响,提高桥梁的安全性。其次,与实肩拱相比,开肩拱可以节省大量土石方材料,减轻桥体自重。根据计算,四个小拱架可节省石料26立方米,减轻自重700吨,从而减少桥台和桥基对桥体的竖向压力和水平推力,增加桥梁的稳定性。第三,增加了美观的造型。四个小拱架均衡对称,大拱架和小拱架构成一幅完整的画面,更加轻盈美观,体现了建筑与艺术的完全统一。第四,根据结构力学理论,开肩拱架结构可以使桥梁在承重时处于有利状态,可以减少主拱圈的变形,提高桥梁的承载力和稳定性。
(3)单孔。
在中国古代传统的建造方法中,一般长的桥梁往往采用多孔的形式,这样每孔跨度小,坡度平缓,易于建造。但多孔桥也有缺点,如桥墩多,不利于船只航行,阻碍泄洪;桥墩长期受到水流的冲击和侵蚀,久而久之很容易坍塌。因此,李春在设计这座桥时,采用了单孔大跨度的形式,河中央不架设桥墩,使得石拱跨度长达37米。这是中国桥梁史上前所未有的创举。
【创意建筑技术】:
(1)桥址选择合理,桥基稳定。
根据他多年来丰富的实践经验,经过严格仔细的探索和比较,李春选择了蛟河两岸相对平坦的地方修建大桥。这里的地层是河流冲积而成的,地层表面是被水冲刷的粗砂层,其次是细石、粗石、细砂和粘土层。根据现代计算,这里的地层可以承受每平方厘米4.5至6.6公斤的压力,而赵州桥的地面压力为每平方厘米5-6公斤,可以满足桥梁的要求。桥址选定后,基础和桥台就建在上面了。到目前为止,桥基只下沉了5厘米,说明这里的地层非常适合建桥。
(2)赵州桥的砌筑方法新颖,便于施工和维修。
李春就地取材,选用附近县出产的坚硬的蓝灰色砂岩作为建桥的石料。石拱铺设法中,采用纵向(顺桥向)铺设法,即全桥由28块沿宽度方向并排的独立拱片组成,拱厚1。臭氧计。每张券都是独立操作,各自独立,相当灵活。每张券完全封闭后,就成了一个独立的咒语。这种砌筑方法有很多优点,它不仅可以节省用来做“脚手架”的木材,而且便于移动;同时,有利于桥梁的维护。如果拱券的石材损坏,只需嵌入新的石材并进行局部修整,无需调整全桥。
(3)采取了许多严格的措施来保持桥梁的稳定。
李春采取了一系列技术措施来加强拱门之间的横向连接,使28座拱门形成一个紧密牢固的有机整体。l)各拱片采用略“分点”的方法,使各拱片向内倾斜,相互倚靠,增强其横向联系,防止拱石向外倾倒;在桥的宽度上,也采用了少量的“分界点”,即从桥的两端向桥的顶部逐渐减小宽度,从最宽的9.6米减小到9米,以加强桥的稳定性。2)在主票上沿桥宽方向均匀布置5根铁拉筋,穿过28张拱票,每根拉筋两端在石外露出半圆头,以夹紧28张拱票,增强其横向连接。四个小拱门上各有一根铁拉杆,起到同样的作用。3)在靠近外侧的几块拱石和两端的小拱上覆盖一层拱石,保护拱石;拱护石两侧有6个钩石钩住主拱石使其牢固连接。4)为了使相邻拱石紧密贴合在一起,在外侧联片两侧相邻拱石之间穿入起连接作用的“腰铁”,联片之间的相邻石也穿入拱背上的“腰铁”来链拱石。而且每块拱石的侧面都凿有细斜纹,增加摩擦力,加强每块券的横向连接。这些措施使全桥成为一个紧密的整体,增强了全桥的稳定性和可靠性。
(4)赵州桥的桥台很独特。
桥台是全桥的基础,必须能承受主拱圈(桥梁主体)轴力分解的巨大水平推力和垂直压力。赵州桥的桥台有以下特点:l)拱脚低:拱脚仅在河床下半米左右;2)浅桥基:桥基面约为拱脚1.7m;3)短桥台:自上而下,用逐渐略加厚的石条构筑长5米、宽6.7米、高9.6米的桥台。这是一种经济、简单、实用的桥台。为了保证桥台的可靠性,李春采取了许多相应的地基加固措施。为了减少桥台的竖向位移(即桥梁主体竖向压力引起的下沉),李春采取了在桥台旁打入许多木桩的措施,加固桥台的地基;这种方法在今天的工厂和桥梁建设中也经常使用。为了减少桥台的水平移动(即桥台因桥梁主体的水平推力而向后移动),李春采用了延长桥台后座的方法来抵消水平推力。为了保护桥台和桥台,李春还沿河设置了菱形墙,一方面可以防止水流的冲刷,另一方面将菱形墙与桥台和桥台融为一体,增加了桥台的稳定性。以上措施保证了桥梁具有坚实的桥台,提高了桥梁的稳定性。
[赵州桥三绝]:
第一,“息票”小于半圆。在我国,习惯上把桥洞、门洞等弧形建筑称为“券”。一般石桥的门票多为半圆形。然而,赵州桥的跨度很大,从一端到另一端有37.04米。如果券面为半圆形,桥孔高度为1852米。这样,车马过桥就像过小山一样,非常费力。赵州桥的凭证是比半圆小的圆弧,不仅降低了桥的高度,减少了修桥的石料和劳力,而且桥身非常漂亮,很像天上的长虹。
第二是“碰撞”是空的但不是真实的。券的两肩称为“凸”。一般石桥的碰撞都是用石头砌成的,但赵州桥的碰撞不是用石头砌成的,而是在券的每一个肩部都砌上一两个弧形的券。这样,在桥体上加了四张优惠券,节省了约180立方米的石料,减轻了约500吨的桥重。而且河水上涨时,一部分水可以从小票上往下流,既能使水流通畅,又能减少洪水对桥梁的冲击,保证桥梁的安全。
三是逐孔并列。它用28张小票券组成一张宽9.6米的大票券。但采用并排砌筑,各窄联的石头之间没有连接,不如柱牢固。为了弥补这个缺点,在建造赵州桥时,在狭窄的石头之间加了钉子,使它们成为一个整体。即使一张窄票坏了,也不会影响大局,而且很容易修复,在修桥的时候也不会影响桥上的交通。