书城科普读物探究式科普丛书-天堑变通途:桥
48701300000002

第2章 天堑地壑变通途——桥的介绍(2)

浮桥的优点:一是施工快速,清咸丰二年(公元1852年),太平军围攻武昌,只用一夜时间就建成两座横跨长江的浮桥。二是造价低廉,相对于古桥造价低廉,且省时省工。三是开合随意,拆除和架设都很方便。缺点是:载重量小,随水波上下动荡不定,且抵御洪水能力弱,常需及时拆撤,并需要人照看,管理烦琐。舟船、桥板与系船的缆绳要经常修葺和更换,维护费用昂贵。因此,很多浮桥的最后都向木梁桥、石梁桥或石拱桥发展。

(3)索桥

也称吊桥、绳桥、悬索桥等,是用竹索或藤索、铁索等为骨干相拼悬吊起的大桥。多建于水流急、不易做桥墩的陡岸险谷,主要见于西南地区。做法较为简便,结构也很简单,在两岸建屋,屋内各设系绳的立柱和绞绳的转柱,然后以若干根粗绳索平铺系紧,再在绳索上横铺木板,有的在两侧还加一至两根绳索作为扶栏。但这种桥的地理位置特殊,在建造时固定是有难度的,一般都建在悬崖峭壁、飞流急湍的峡谷或河谷上。索桥始见于秦汉时期,如战国时期秦国李冰曾在四川益州(今成都)城西南建成一座乍桥,又名“夷里桥”,便是竹索桥。现存着名的有建于明清时的泸定铁索桥、灌县竹索桥等。过索桥感觉非常惊险,正如古人形容得那样:“人悬半空,度彼决壑,顷刻不戒,陨无底谷。”其实真正渡之还是安全的,正如《徐霞客游记》对贵州盘江桥评价得那样:“望之飘然,践之则屹然不动。”

(4)拱桥

拱桥在我国桥梁史上出现较晚,但一经采用,便迅猛发展,成为古桥中最富有生命力的一种桥型,其独特的构造和使用深度使这类桥不断地扩展和革新。即使在今天,它仍有继续发展的广阔前景。拱桥有石拱、砖拱和木拱之分,其中砖拱桥极为少见,只在庙宇或园林里偶见使用。一般常见的是石拱桥,它又有单拱、双拱、多拱之分,拱的多少视河的宽度来定。拱的作用不但使桥美观耐用,而且可节约建桥用料,还能缓解水流的冲击力。一般正中的拱要特别高大,两边的拱要略小。依拱的形状又有五边、半圆、尖拱、坦拱等之分。桥面一般铺石板,桥边做石栏杆。拱桥的形象最早见于东汉画像砖上,是由伸臂木石梁桥在发展过程中受墓拱、水管等形状影响而产生的。文献记载见于南北朝时的郦道元《水经注》中,现存最早和最具代表性的是隋代李春设计建造的赵州桥,是世界桥梁界的创举。石拱桥的发券,明代以后,尤其在清代,则盛行用整券,即“桶状发券”。

桥梁的一些其他小众造型还有飞阁和栈道、渠道桥和纤道桥以及曲桥等。

(5)飞阁

又称阁道、复道,即天桥,古代宫殿楼阁间的跨通道,如秦汉皇宫楼殿间联以阁道通行,因上下有道,故称复道。秦始皇筑阁道由阿房宫通骊山,人行桥上,车行桥下,堪称中国最早的立交桥。

至今中国仍是立交桥较多的国家。“栈道”又称栈阁、桥阁,单臂式木梁桥。在山区陡峭的地方,它是架木铺成的道路,以利行人的攀爬和行走。

(6)渠道桥

既是引水渠道又作行人用的桥梁,即在桥上砌水渠以引水。如建于金代的山西洪洞县惠远桥。现在山西民间尚有“水上桥、桥上水”的俚语。“纤道桥”,一种为便于拉纤而建造的、与河流平行的带状长桥,多见于浙江境内的运河地区。有的长达一两千米乃至五六千米,如绍兴阮社有一座“百孔官塘”纤道桥,建于清同治年间(公元1862年-1875年),桥长380余米,115个跨,桥面用3块条石拼成,底平接水面。

(7)曲桥

曲桥是园林中特有的桥式,故也称园林桥。桥与径、廊均为园林中游人赏景的通道。“景莫妙于曲”,故园林中桥多做成弯折桥,如九曲桥,以形成一条来回摆动、左顾右盼的折线,达到延长风景线、扩大景观画面的效果。曲桥一般由石板、栏板构成,石板略高出水面,栏杆低矮,造成与水面似分非分、空间似隔非隔,尤有含蓄无尽之意。

“曲径通幽处”,曲桥使园林更添逸人景致。

5.桥的文学与艺术

我国是文化底蕴较深厚的国家,学术的创意和主题往往来源于生活。而自然界的山水人文便是学术界的主角,但山水之间最为常见的景观便是桥。正如明代大艺术家董其昌所说:“诗以山川为境,山川亦以诗为境。”桥是架设于山水之间的建筑物,它长期屹立于大自然之中,点缀和美化了大自然。有山有水自然也就会有桥,梁桥本身也是实用与艺术的融合体,如桥梁的平直、索桥的凌空、浮桥的韵味、拱桥的雄健等,原来就摇曳着艺术的优美风采。故英国李约瑟先生说:“中国桥没有欠缺美的,并且有很多是很出色的美。”

我国桥梁的艺术性,主要表现在两方面,即造型风格和装饰工艺。它存在于自然界中,其构造和外形须与自然中的山川河流相协调,因此造型风格主要体现在曲线柔和、韵律协调和雄伟壮观上。而江南水乡的一些小梁细桥,则更使人联想到“小桥流水人家”的诗情画意。

桥梁装饰在我国总的来说不算很发达,主要体现在石结构桥梁中,其部位大致在人们易于驻足观瞻的地方。如常见的有螭龙、凤、狮、象、犀牛,并间有兔、猴、马、狗、云朵、莲花、芳草等图案,也有少数浮雕的河神像、武士像和人物故事形象。如河北赵县永通桥山花墙上浮雕的河神头像,赵州桥栏板上浮雕的螭龙和望柱上的狮首像,北京卢沟桥望柱上的石狮子等。这些石雕工艺精细,往往还与民间风俗、神话传说有密切的联系。如治水的蛟龙,分水的犀,降伏水怪的神兽等,从而形成我国桥梁艺术的独特风格。中国桥的文化传统是较厚重而亘固的,因此其饰品不可能像西方那样时尚而富有风情。中国的桥均有保守的气息。

第二节高科技的产物——斜拉桥

1.什么是斜拉桥

斜拉桥又称斜张桥,是将主梁用许多拉索直接拉在桥塔上的一种桥梁,它是由承压的塔、受拉的索和承弯的梁体组合起来的一种结构体系。

斜拉桥可看做是拉索代替支墩的多跨弹性支承连续梁。这种桥可使梁体内弯矩减小,从而降低建筑高度,减轻了结构重量,节省了材料。

斜拉桥作为一种拉索体系,比梁式桥的跨越能力更大,是大跨度桥梁的最主要桥型。

2.斜拉桥的结构和建造

(1)斜拉桥的结构

斜拉桥是通过许多直接连接到塔上的钢缆将桥面吊起,它由索塔、主梁、斜拉索组成。索塔两侧是对称的斜拉索,通过斜拉索将索塔和主梁连接在一起。

索塔型式有A型、倒Y型、H型、独柱,材料有钢和混凝土的。

斜拉索布置有单索面、平行双索面、斜索面等。

我国斜拉桥的主梁形式有:混凝土以箱式、板式、边箱中板式为主;钢梁以正交异性极钢箱为主,也有边箱中板式。

现在假设索塔两侧只有两根斜拉索,左右对称各一条。这两根斜拉索受到主梁的重力作用,对索塔产生两个对称的沿着斜拉索方向的拉力。根据受力分析,左边的力可以分解为水平向左的一个力和竖直向下的一个力。同样,右边的力可以分解为水平向右的一个力和竖直向下的一个力。由于这两个力是对称的,所以水平向左和水平向右的两个力互相抵消了,最终,主梁的重力成为对索塔的竖直向下的两个力。这样,力又传给索塔下面的桥墩了。

斜拉索数量再多,道理也是一样的。之所以要很多条,那是为了分散主梁给斜拉索的力而已。

(2)斜拉桥的建造

20世纪50年代中期,瑞典建成了第一座现代斜拉桥,其跨径为182米。50多年来,斜拉桥的发展具有强劲的势头。

斜拉桥是我国大跨径桥梁最流行的桥型之一。在20世纪70年代中期,我国开始修建混凝土斜拉桥。改革开放以后,我国修建斜拉桥的势头一直呈上升趋势。到目前为止,我国建成或正在施工的斜拉桥共有30多座,仅次于德国、日本,居世界第三位;大跨径混凝土斜拉桥的数量已居世界第一。

一直以来,我国都是以发展混凝土斜拉桥为主,近几年我国开始修建钢与混凝土的混合式斜拉桥,如汕头石大桥,主跨为518米;武汉长江第三大桥,主跨为618米。钢箱斜拉桥如南京长江第二大桥南汊桥,主跨为628米;武汉军山长江大桥,主跨为460米。前几年,上海建成的南浦(主跨423米)和杨浦(主跨602米)大桥为钢与混凝土相结合的斜拉桥。

目前,世界上建成的最大跨径的斜拉桥为中国的苏通大桥,其主跨径为1088米,于2008年4月2日正式通车。