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独具匠心的桥梁“智”造

2022-06-25

科学大众·小诺贝尔 2022年6期
关键词:桥基吊桥悬索桥

桥,不仅是连接两地的纽带,还是社会发展和科技进步的体现。我国的桥梁历史源远流长,造桥技术在全世界范围内闻名遐迩,甚至被誉为“桥的国度”。同学们今天看到的各种桥,都是几千年来劳动人民智慧和力量的结晶。

桥梁的三大形式

著名桥梁设计专家、中国古桥研究泰斗唐寰澄先生的“桥梁三部曲”中的《桥梁的故事》一书里,介绍了梁桥、拱桥和吊桥是构成桥梁的三大形式。直到今天,桥梁仍脱离不了这三大形式或其组合,只不过内容更丰富、组合更多样、材料更坚固、技术更进步。

梁桥

梁桥以梁为主要承重构件,是我国古代最早出现的桥梁形式,远在殷商时期已创建。最原始的梁桥为独木桥,进而发展为用并列几根竹、木建造而成。后来,梁桥不断演进,在用材方面以石替代竹、木;在结构方面也逐步发展创新,出现了辅助吊杆梁桥、八字撑架梁桥和伸臂梁桥等结构形式,并由单孔梁桥发展到多孔梁桥。由于梁桥构造简单、施工容易,尤以石梁桥材料耐久、维修省力,所以成为最普遍的桥型。

我国古代建成的首座跨海梁式大石桥,是我国福建泉州的洛阳桥(古时称“万安桥”),建于北宋中期。建造者巧妙利用海生动物的繁殖特性,将牡蛎养殖在桥基和桥墩上,利用其结合时分泌的黏胶来加固桥基和桥墩,这在世界上是绝无仅有的。

拱桥

梁桥受结构的限制,跨度不能太大。为了加大桥的孔径,拱桥的出现成为必然。拱桥,指的是在竖直平面内以拱形结构作为主要承重构件的桥梁。当人或车在拱桥上通行时,桥面承受的压力不仅有竖直方向的,还有水平方向的,但这些压力会被快速传递出去。因此,拱桥具有极强的承受力。拱桥的出现,标志着人类造桥技术发展到较高的阶段。

古罗马时代的拱桥大多是半圆形拱,桥墩特别厚,而世界上最著名的割圆拱和大拱上叠小拱的拱桥,首推我国的赵州桥。赵州桥是隋代李春设计建造的,桥的大拱上叠了4 个小拱,这样可以減轻拱对桥基的推力,同时也能在洪水期间减少桥体的挡水面积。唐代张嘉贞的《石桥铭并序》说此桥“制造奇特,人不知其所以为”。外国桥梁和建筑专家也认为,相比于赵州桥,古罗马时代的石拱桥看起来十分臃肿。

吊桥

吊桥又名悬索桥,是以通过索塔悬挂并锚固于两岸(桥两端)的缆索(钢链)组成的上部结构作为主要承重构件的桥梁。相较于其他形式的桥梁,吊桥可以使用比较少的物料来跨越比较长的距离。它可以造得比较高,在造桥时没有必要在桥中心建立暂时的桥墩。因此,吊桥可以在比较深的或比较急的水流上建造。

我国有最早关于吊桥雏形的文字记载。《盐源县志》记载:“周赧王三十年(公元前285 年)秦置蜀守,固取笮,笮始见于书。至李冰为守(公元前256 年—公元前251 年),造七桥。”七桥之中有一笮桥,即竹索桥,也就是吊桥。可见至少在公元前3 世纪,我国已经有吊桥了。

南京栖霞山长江大桥,原称南京长江第四大桥,是中国首座双塔三跨悬索桥,被誉为“中国的金门大桥”。为解决悬索桥结构带来的柔性大、桥身易晃动的问题,桥梁位于南北堡的桥墩底座各被包裹上一层钢材质的缓冲结构,这样的设计保证桥梁至少能承受1 万吨物体的撞击力。

如今,采用传统平板桥面和柱式桥墩技术的港珠澳大桥、采用悬索桥技术的北盘江大桥、采用拱桥技术的平南三桥分别作为梁桥、吊桥、拱桥3 种形式的代表,向世界展示着中国桥梁的魅力,展示着中国人的智慧和力量。

生活与艺术的融合

建造桥梁首先是为了让人们渡过河流、越过峡谷,所以实用性应当是其首要特点。在满足了实用的基础上,则需要兼顾美感。

关于桥梁建筑,存在着不同的艺术观点。正是这些艺术观点形成了不同的风格,使各地的桥梁百花齐放。作为桥梁建筑艺术的典范,“重庆两江大桥”——东水门长江大桥和千厮门嘉陵江大桥是如何做到桥梁本身既美丽又不喧宾夺主、破坏地标景观的?其设计者采用了一对简洁的单索面矮塔斜拉梁桥的桥型,搭配很少数量的拉索,达到窈窕和通透的目的,让桥梁在与周边环境协调相处中产生最美的效果。

实用功能和欣赏价值兼具,让我们对桥梁有了更深的理解。虽然桥梁建筑艺术价值的高低不至于影响桥梁本身的使用, 但是影响着人们的精神生活, 体现着一个民族的艺术素养。

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