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中國典型石拱橋及其介紹

趙州橋位於河北省南部,流經趙縣。建於隋朝(公元581-618)和大業年間(公元605-618),由著名工匠李春設計建造,距今已有1400年的歷史。它是世界上最早、保存最完好的古代敞肩石拱橋。趙州橋1961被國務院列為第壹批全國重點文物保護單位。1991年,美國土木工程師學會選定安吉大橋為12“國際歷史土木工程裏程碑”,並在大橋北端東側修建“國際歷史土木工程紀念碑”銅牌紀念碑。趙州橋,也被稱為安吉橋,位於河北趙縣的渭河上。它是世界上最古老、保存最完好的巨大石拱橋。被譽為“華北文房四寶之壹”。建於隋朝大業年間(公元605-618)。該橋長64.40米,跨度37.02米,票面高度7.23米。它是世界上跨度最大、建造最早的單孔敞肩石拱橋。由於橋梁兩端的肩部有兩個小孔,並不實心,所以稱為開肩式,這在世界造橋史上是壹個創造(稱為全肩式或無小拱實心肩式)。橋上的東西很多,種類很多,五顏六色。

趙州橋始建於1400年前,經歷了10次洪水、8次戰爭和多次地震,尤其是1966年邢臺7.6級地震。邢臺離這裏40多公裏,也有4.0級的地震。趙州橋沒有遭到破壞。著名橋梁專家茅以升說,不管橋的內部結構如何,只有它才能存在6544。1963洪水淹至橋拱龍口。據當地老人說,站在橋上可以感覺到橋體在大幅度晃動。據記載,趙州橋自建立以來已經修復了9次。

在主拱券上端增加兩個小拱券,可以節省材料,減輕橋體自重(減少自重15%),增加橋下河水的排泄量。

1979年5月,由中國科學院自然歷史組等四個單位組成的聯合調查組對趙州橋的橋基進行了調查。趙州橋的重量為2800噸,它的基礎只是壹個由五層石頭砌成的高1.55米的橋臺,直接建在天然砂石上。

如此淺的橋基令人難以置信。梁思成先生在1933考察時,認為它只是防止水沖刷的金剛墻,而不是承受橋票全部荷載的基礎。他在報告中寫道:

“為了測量券基,我們在北面的券腳下進行了挖掘,但現在在河床下大約70-80厘米的地方,也就是我們發現了券下平躺的石墻。石* * *共五層,* * *高度為1.58米。每壹層都比上面壹層略高,下面沒有堅實的地基。明明只是用來防水流蝕的金剛墻,而不是承載橋券全部荷載的地基。因為再過30-40厘米就會見水,除非大規模開挖,否則不可能到達我們根據理論推測的大橋基礎位置。”

為保護趙州橋,上世紀末在趙州橋以東100m處修建的新橋結構仍沿用趙州橋,但主拱上的小拱增加到壹側5個,橋上有輪痕和膝痕。

編輯本段設計創新

(1)采用圓拱形式,改變了我國大型石橋多為半圓拱的傳統。中國古代石橋的拱多為半圓形,美觀完整,但也有兩個缺陷:壹是交通不便,半圓拱更適合跨度小的橋,而大跨度的橋采用半圓拱會使拱很高,導致橋很陡,行人和汽車過橋不方便。二是施工不利,半圓拱石砌築用的腳手架會很高,增加施工風險。為此,李春和工匠們創造性地采用了圓拱的形式,大大降低了石拱的高度。趙州橋主跨的凈跨度是37。02米,而拱高只有7.25米,拱高跨比約為1:5。這樣就實現了低橋面和大跨度的雙重目的,橋面過渡平順,車輛和行人都很方便,還具有節省材料、施工方便的優點。當然,兩端圓拱對橋基的推力也相應增大,這對橋基的施工提出了更高的要求。

(2)采用我們的肩膀。這是李春對拱肩進行的重大改進,將橋梁建設中使用的實肩拱改為開肩拱,即在大拱兩端設置兩個小拱,靠近大拱腳的小拱凈距為3.8米,另壹個拱的凈距為2.8米。這種大拱小拱的開肩拱具有優良的技術性能。首先,可以增加泄洪能力,減少因汛期水量增加而造成的洪水對橋梁的影響。古交河汛期水勢大,對橋梁的泄洪能力是壹個考驗。四個小拱門可以分擔部分洪水。根據計算,四個小拱可以增加約16%的水域面積,大大減少洪水對橋梁的影響,提高橋梁的安全性。其次,與實肩拱相比,開肩拱可以節省大量土石方材料,減輕橋體自重。根據計算,四個小拱架可節省石料26立方米,減輕自重700噸,從而減少橋臺和橋基對橋體的豎向壓力和水平推力,增加橋梁的穩定性。第三,增加了美觀的造型。四個小拱架均衡對稱,大拱架和小拱架構成壹幅完整的畫面,更加輕盈美觀,體現了建築與藝術的完全統壹。第四,根據結構力學理論,開肩拱架結構可以使橋梁在承重時處於有利狀態,可以減少主拱圈的變形,提高橋梁的承載力和穩定性。

(3)單孔。在中國古代傳統的建造方法中,壹般長的橋梁往往采用多孔的形式,這樣每孔跨度小,坡度平緩,易於建造。但多孔橋也有缺點,如橋墩多,不利於船只航行,阻礙泄洪;橋墩長期受到水流的沖擊和侵蝕,久而久之很容易坍塌。因此,李春在設計這座橋時,采用了單孔大跨度的形式,河中央不架設橋墩,使得石拱跨度長達37米。這是中國橋梁史上前所未有的創舉。

編輯這壹段的技術創意。

(1)橋址選擇合理,橋基穩定。

根據他多年來豐富的實踐經驗,經過嚴格仔細的探索和比較,李春選擇了蛟河兩岸相對平坦的地方修建大橋。這裏的地層是河流沖積而成的,地層表面是被水沖刷的粗砂層,其次是細石、粗石、細砂和粘土層。根據現代計算,這裏的地層可以承受每平方厘米4.5至6.6公斤的壓力,而趙州橋的地面壓力為每平方厘米5-6公斤,可以滿足橋梁的要求。橋址選定後,基礎和橋臺就建在上面了。到目前為止,橋基只下沈了5厘米,說明這裏的地層非常適合建橋。

(2)趙州橋的砌築方法新穎,便於施工和維修。

李春就地取材,選用附近縣出產的堅硬的藍灰色砂巖作為建橋的石料。石拱鋪設法中,采用縱向(順橋向)鋪設法,即全橋由28塊沿寬度方向並排的獨立拱片組成,拱厚1。臭氧計。每張券都是獨立操作,各自獨立,相當靈活。每張券完全封閉後,就成了壹個獨立的咒語。這種砌築方法有很多優點,它不僅可以節省用來做“腳手架”的木材,而且便於移動;同時,有利於橋梁的維護。如果拱券的石材損壞,只需嵌入新的石材並進行局部修整,無需調整全橋。

(3)采取了許多嚴格的措施來保持橋梁的穩定。

李春采取了壹系列技術措施來加強拱門之間的橫向連接,使28座拱門形成壹個緊密牢固的有機整體。l)各拱片采用略“分點”的方法,使各拱片向內傾斜,相互倚靠,增強其橫向聯系,防止拱石向外傾倒;在橋的寬度上,也采用了少量的“分界點”,即從橋的兩端向橋的頂部逐漸減小寬度,從最寬的9.6米減小到9米,以加強橋的穩定性。2)在主票上沿橋寬方向均勻布置5根鐵拉筋,穿過28張拱票,每根拉筋兩端在石外露出半圓頭,以夾緊28張拱票,增強其橫向連接。四個小拱門上各有壹根鐵拉桿,起到同樣的作用。3)在靠近外側的幾塊拱石和兩端的小拱上覆蓋壹層拱石,保護拱石;拱護石兩側有6個鉤石鉤住主拱石使其牢固連接。4)為了使相鄰拱石緊密貼合在壹起,在外側聯片兩側相鄰拱石之間穿入起連接作用的“腰鐵”,聯片之間的相鄰石也穿入拱背上的“腰鐵”來鏈拱石。而且每塊拱石的側面都鑿有細斜紋,增加摩擦力,加強每塊券的橫向連接。這些措施使全橋成為壹個緊密的整體,增強了全橋的穩定性和可靠性。

(4)趙州橋的橋臺是獨特的。

橋臺是全橋的基礎,必須能承受主拱圈(橋梁主體)軸力分解的巨大水平推力和垂直壓力。趙州橋的橋臺有以下特點:l)拱腳低:拱腳僅在河床下半米左右;2)淺橋基:橋基面約為拱腳1.7m;3)短橋臺:自上而下,用逐漸略加厚的石條構築長5米、寬6.7米、高9.6米的橋臺。這是壹種經濟、簡單、實用的橋臺。為了保證橋臺的可靠性,李春采取了許多相應的地基加固措施。為了減少橋臺的豎向位移(即橋梁主體豎向壓力引起的下沈),李春采取了在橋臺旁打入許多木樁的措施,加固橋臺的地基;這種方法在今天的工廠和橋梁建設中也經常使用。為了減少橋臺的水平移動(即橋臺因橋梁主體的水平推力而向後移動),李春采用了延長橋臺後座的方法來抵消水平推力。為了保護橋臺和橋臺,李春還沿河設置了菱形墻,壹方面可以防止水流的沖刷,另壹方面將菱形墻與橋臺和橋臺融為壹體,增加了橋臺的穩定性。以上措施保證了橋梁具有堅實的橋臺,提高了橋梁的穩定性。

編輯這壹段,趙州橋三絕。

(1)“憑證”小於半圓。在我國,習慣上把橋洞、門洞等弧形建築稱為“券”。壹般石橋的門票多為半圓形。然而,趙州橋的跨度很大,從壹端到另壹端有37.04米。如果票面為半圓形,橋孔高度為18.52米。這樣,車馬過橋就像過小山壹樣,非常費力。趙州橋的憑證是比半圓小的圓弧,不僅降低了橋的高度,減少了修橋的石料和勞力,而且橋身非常漂亮,很像天上的長虹。

(2)“撞”是虛而不實的。券的兩肩稱為“凸”。壹般石橋的碰撞都是用石頭砌成的,但趙州橋的碰撞不是用石頭砌成的,而是在券的每壹個肩部都砌上壹兩個弧形的券。這樣,在橋體上加了四張優惠券,節省了約180立方米的石料,減輕了約500噸的橋重。而且河水上漲時,壹部分水可以從小票上往下流,既能使水流通暢,又能減少洪水對橋梁的沖擊,保證橋梁的安全。

(3)洞砌。它用28張小票券組成壹張寬9.6米的大票券。但采用並排砌築,各窄聯的石頭之間沒有連接,不如柱牢固。為了彌補這個缺點,在建造趙州橋時,在狹窄的石頭之間加了釘子,使它們成為壹個整體。即使壹張窄票壞了,也不會影響大局,而且很容易修復,在修橋的時候也不會影響橋上的交通。