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趙州橋與現代科學技術的關系

(1)采用圓拱形式,改變了我國石橋多為半圓形的傳統。在中國古代,大部分石橋都是半圓形的,美觀完整。但是有兩個缺點:壹是交通不方便。半圓拱比較適合跨度較小的橋,半圓拱用於大跨度的橋,會使拱頂很高,會使橋又高又陡,車馬過橋非常不方便。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。汛期,古* *河水勢較大,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。

趙州橋不僅在設計上獨樹壹幟,而且在建築技術上也很優秀,有很多創意。

(1)橋址選擇合理,橋基穩定。根據他多年豐富的實踐經驗,經過嚴格細致的探索和比較,李春選擇了* *河兩岸相對平坦的地方建橋。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)趙州橋的橋臺很獨特。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豎向壓力。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。

趙州橋的開肩拱是中國勞動人民的偉大創造。西方於14世紀出現開肩式弧形石拱橋,比我國晚600多年。英國著名的中國科學技術史專家李約瑟博士曾列舉了公元1世紀至18世紀由中國傳播到歐洲等地區的26項科技成果,其中18項就是弧拱橋。建成後的趙州橋成為中國南北交通樞紐,有“壹條暢通的道路引千人過,壹個快遞帶動各國聯通”的美譽。橋下舟楫往來,人車往來,極大地方便了交通運輸和人民生活,為兩岸人民提供了便利條件。

這座橋已經建造了130O多年,其間經歷了8次以上地震的影響和8次以上戰爭的考驗。承受了無數人和牲畜車輛的重量,忍受了無數風刀、霜劍、雨雪的侵蝕,但雄姿依舊屹立在江面上。

解放後,趙州橋被列為全國重點文物保護單位,有關部門對這座古橋進行了徹底的維修,以保持其輝煌的歷史地位。趙州橋已經成為中國人民智慧的象征,愛國主義和歷史教育的地方。趙州橋的建成在中國橋梁史上有著重要的影響,其大跨度、弧拱、敞肩之後的橋梁建設開辟了壹片新天地。隋代以後,出現了許多類似趙州分析中的大型拱橋,現已發現的有十幾座,如山西省倪縣的普濟橋、晉城市的景德橋、河北省趙縣的永通橋、集美橋等。周琦大橋已經成為中國橋梁建設的典範。

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