中國古代經(jīng)典橋梁

陳小鵬

從古至今，中國人修建了數(shù)以萬計或奇巧或壯麗的橋梁。中國古代橋梁的建筑藝術(shù)世界聞名，多座橋梁已成世界橋梁史上的創(chuàng)舉。目前對古橋的分類方法較多，本文根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)的承載狀況和桿件的受力性質(zhì)，將中國古代橋梁分成5大類——索橋、梁橋、浮橋（浮動橋墩類）、拱橋和木拱廊橋（廊橋類）。

索橋

我國古代索橋中最具代表性的是瀘定橋。瀘定橋在四川省瀘定縣縣城西，橫跨大渡河，通稱為大渡河鐵索橋。此橋為鐵索懸橋，凈跨長度100米，寬2.8米，橋面距枯水位14.5米，全橋鐵索共13根，9根鐵索平行系于大渡河兩岸，上平鋪木板作為橋面，其余4根分別懸于左右作為橋欄扶手。瀘定橋始建于1705年（清康熙四十四年）。1935年5月29日，中國工農(nóng)紅軍長征途中曾在此取得飛奪瀘定橋的重大勝利，這一勝利讓瀘定橋馳名中外。

瀘定橋的上部結(jié)構(gòu)是鐵索（鐵鏈條），鐵索承受上部結(jié)構(gòu)的全部荷載。其中底面的鐵索上鋪設(shè)橋面板，側(cè)面鐵索上安裝欄桿，共同構(gòu)成上部結(jié)構(gòu)——橋面系統(tǒng)。鐵索橋依靠拉力，使橋身不在重力作用下下落，其拉力在豎直方向上的分力與重力抵消，從而達到平衡狀態(tài)。橋板與鐵索間的受力情況如圖2所示，G、T1、T2組成一個匯交力系，保持平衡。從圖3所示的力三角形看，T1、T2遠遠大于G，所以建造鐵索橋時要確保鐵索有足夠的強度和剛度。

除了鐵索橋外，索橋還有竹索橋、藤索橋等，如四川安瀾橋的“索”，就是用竹子劈成細絲擰成的，故稱竹索橋。

梁橋

梁橋的代表是我國現(xiàn)存最長的石橋安平橋（圖5），它位于福建晉江安海鎮(zhèn)，享“天下無橋長此橋”之譽。因安海鎮(zhèn)古稱安平道，此橋由此得名;又因橋長約2.5千米（5華里），俗稱五里橋。

安平橋始建于1138年（南宋紹興八年），明清兩代曾多次重修。橋面寬3～3.8米，橋墩共361個，用花崗巖條石橫直交錯疊砌而成，共有3種形式：長方形、單邊船形、雙邊船形。其中單邊船形一端成尖狀，另一端為方形，設(shè)于較緩的港道地方;雙邊船形墩的兩端成尖狀，便于排水，設(shè)在水流較急而較寬的主要港道。

安平橋是梁橋，主體受力構(gòu)件是梁柱，主要變形是梁的彎曲變形。梁式橋有木梁橋和石梁橋兩種，其縱梁均系簡支梁。不言而喻，安平橋的結(jié)構(gòu)比較簡單，其上部結(jié)構(gòu)多以石板為梁，石板梁既是梁又是橋面。下部結(jié)構(gòu)以石板砌筑墩臺，此種石橋通稱為“石板梁橋”。

如圖6所示，簡支梁上力越靠近梁中，彎矩M1和M2越大，梁上下兩邊承受的正應(yīng)力越大，當正應(yīng)力達到極限值時，梁隨時都會斷掉，這就是強度極限。所以保護石梁橋的最好方法就是盡量減小梁中的最大正應(yīng)力。

簡支梁橋的主要特點是：受力明確、構(gòu)造簡單，易于標準化設(shè)計、制作和工地預(yù)制，易于架設(shè)施工，易于養(yǎng)護、維修和更換構(gòu)件。從受力分析上看，破壞梁的頭號殺手是梁中的最大彎矩，而最大彎矩與梁長成正比關(guān)系，所以簡支梁橋不適用于較大跨度的橋梁工程。

浮橋

廣濟橋位于廣東省潮安縣潮州鎮(zhèn)東，橫跨韓江，始建于1171年（南宋乾道7年）。全橋長515米，分東西兩段18墩，中間一段寬約百米，因水流湍急，未能架橋，只用小船擺渡，當時稱濟州橋。橋墩用花崗石塊砌成，中段用18艘梭船聯(lián)成浮橋，能開能合，當大船、木排通過時，可以將浮橋中的浮船解開，讓船只、木排通過。它是世界上最早的一座開關(guān)活動式大石橋。

浮橋的結(jié)構(gòu)形式有兩種：一是傳統(tǒng)的形式，在船或浮箱上架梁、再鋪橋面。二是舟梁合一的形式，或船只首尾相連，成縱列式，或?qū)⒅垠w緊密排列成帶式。為保持浮橋軸線位置不致偏移，在上、下游需設(shè)纜索錨碇。為與兩岸接通，還需在兩岸設(shè)置過渡梁或跳板。廣濟橋?qū)俸笳撸枪糯蚪ㄖ拇怼?/p>

浮橋?qū)崒倭簶?，與梁橋不同的是，梁橋的梁是靠橋墩支撐的，橋墩又是靠地面支撐，是固定不動的;而浮橋的梁是靠浮動橋墩（船體或可浮箱體）支撐的，浮動橋墩又是靠水對它的浮力支撐的。

石拱橋

由于南方與北方的地理環(huán)境不同，交通運輸工具有所不同，因而石拱橋的結(jié)構(gòu)也因地而異，于是出現(xiàn)了輕型（薄墩薄拱）石拱橋和重型（厚墩厚拱）石拱橋之分。拱的具體構(gòu)造又有多種做法，其中以半圓形石拱為最多，有薄型拱，也有厚型拱。其次是圓弧形石拱，圓弧拱均系厚型拱。厚型拱中的半圓形石拱，又有多種構(gòu)造形式，如并列式、分段并列式、縱聯(lián)分段并列式、框形并列式、縱聯(lián)式、鑲邊縱聯(lián)式、框形縱聯(lián)式。

石拱橋的著名代表首推河北趙縣的趙州橋。趙州橋坐落在河北省南部的洨河上，建于隋代，由著名匠師李春設(shè)計和建造，距今已有1400年的歷史，是當今世界上現(xiàn)存第二早（第一為小商橋）、保存最完整的古代敞肩石拱橋。

李春就地取材，選用附近州縣生產(chǎn)的質(zhì)地堅硬的青灰色砂石作為建橋石料。在石拱砌置方法上，均采用了縱向（順橋方向）砌置方法，就是整個大橋由28道各自獨立的拱券沿寬度方向并列組合而成。拱厚皆為1.03米，每券各自獨立、單獨操作，相當靈活。每券砌完全合龍后就成一道獨立拼券，砌完一道拱券，移動承擔(dān)重量的“鷹架”，再砌另一道相鄰拱。這種砌法有很多優(yōu)點，它既可以節(jié)省制作“鷹架”所用的木材，便于移動，又可以利于橋的維修，一道拱券的石塊損壞了，只要嵌入新石，進行局部修整就行了，不必對整座橋進行調(diào)整。

在圖12中我們可以看出，石拱橋的力學(xué)特點是將橋面的豎向荷載轉(zhuǎn)化為部分水平推力，使拱的彎距大大減小，拱主要承受壓力。這便使石拱橋具備了跨越能力大，能充分做到就地取材，耐久性好，養(yǎng)護維修費用少，外形美觀等優(yōu)點。同時又不可避免地造成了自重較大，相應(yīng)的水平推力大，支架施工多，施工工序多，不便于機械化施工，施工周期長等缺點。

木拱廊橋

自宋代以來，江浙閩等多山多雨水的地方出現(xiàn)了一種有屋檐的橋，可遮陽避雨，供人休憩、交流、聚會，這就是人們熟知的廊橋。中國古廊橋數(shù)量眾多，結(jié)構(gòu)多種多樣，其中浙江泰順木拱廊橋最具代表性。

木拱廊橋是一種“河上架橋，橋上建廊，以廊護橋，橋廊一體”的古老而獨特的橋梁樣式。它因形似彩虹，故又稱虹橋和虹梁式木構(gòu)廊屋橋，又因橋上建有橋屋，故也俗稱“厝橋”。它由于憑借短的構(gòu)造材料，達成了大的跨度，被認為是世界橋梁史上的獨特構(gòu)造。

北澗橋，位于浙江省泰順泗溪鎮(zhèn)下橋村，因跨北溪之上，故得此名，始建于1674年（清康熙十三年）。北澗橋結(jié)構(gòu)精巧，造型古樸，不僅美在橋本身的輕靈飄逸或是擁有虹橋的獨特結(jié)構(gòu)，更美在周圍的環(huán)境。兩條溪流在橋邊匯合，溪水清澈見底，水面上還有一條用石梁搭起來的矴步橋。沿著溪岸，一條小路將人引向橋頭和村子，兩株有上千年樹齡的大樟樹立于橋頭，虬根牢牢抓住橋基周圍的石土，使得北澗橋歷經(jīng)數(shù)百年的風(fēng)霜而無大礙。

木拱廊橋結(jié)構(gòu)中最重要、最關(guān)鍵的部分是木拱，如圖14所示為一典型木拱廊橋結(jié)構(gòu)，木拱由第一、第二兩個系統(tǒng)通過卯榫相互穿插連接而成，每根木頭都發(fā)生拉壓與彎曲變形。

木拱廊橋，以梁木穿插別壓形成拱橋，足支撐在兩岸的巖石上，木拱由數(shù)十根粗大圓木縱橫拼接對拱而成“八字結(jié)構(gòu)”，不用釘鉚，完全依靠本身的強度、摩擦力、直徑、角度和水平的距離等巧妙搭接，結(jié)構(gòu)簡單，卻堅固異常。

在漫漫的歷史長河中，無數(shù)橋梁溝通了往來，便利了生活，同時也留下了寶貴的藝術(shù)財富，訴說著昨日的故事和今日的輝煌。限于篇幅，我們只能以古橋科學(xué)分類為依據(jù)，以瀘定橋、安平橋、廣濟橋、趙州橋、北澗橋為代表，介紹五座古代著名橋梁的歷史、構(gòu)造和受力分析。希望讀者能加強對古橋的了解和認識，一起為保護我們引以為傲的經(jīng)典民族文化盡一份力量。

鏈接

浙江交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院近200位師生參與設(shè)計建造了“浙江古橋展覽館”。古橋博物館將浙江境內(nèi)北起嘉興、南至溫州蒼南的古橋及其周邊人文環(huán)境、自然景觀按照300：1～500：1的比例還原。博物館內(nèi)展示了包括西湖斷橋、杭州拱宸橋、泰順廊橋在內(nèi)的60座浙江最具代表性的古橋。