赵州桥简介

赵州桥简介摘要：历经千年的赵州桥在世界桥梁史上具有极高的地位，它由著名匠师李春设计和建造，是当今世界上现存最早、保存最完善的古代敞肩石拱桥。

本文主要从赵州桥的建造背景，使用功能，受力特性，建造技术及社会影响等几方面进行介绍，并指出了石拱桥的一些缺点及改进办法。

关键字：赵州桥敞肩式力学性能历史地位一、赵州桥的背景赵州桥，又名安济桥，位于河北省赵县波河上，建于隋代大业年间(公元605年至公元618年)，由著名匠师李春设计和建造，是当今世界上现存最早、保存最完善的古代敞肩石拱桥，被誉为“华北四宝之一”。

赵州桥全长64．4m ，净跨37 02m ，弧矢7．05 m 。

弧半径27．7 m ，大弧拱的二肩上各有两个小拱一伏拱．两小拱的半径分别为2．3 m 和1．2m ，跨度分别为3．81m 和2．85m。

桥高与跨度呈1：5的比例，这样既便于行人来往，也便于车辆通行；拱顶高，又便于桥下行船。

敞肩式的结构赵州桥建成距今已1400多年，经历了10次水灾，8次战乱和多次地震，特别是1966年邢台发生7．6级地震时，这里也有4级以上地震，而赵州桥却完全没有被破坏。

著名桥梁专家茅以升说，先不管桥的内部结构，仅就它能够存在1300多年就说明了一切。

据记载，赵州桥自建成至今共修缮9次，屹立千年不倒。

赵州桥自重2800吨，但是是赵州桥的桥基是建筑在清水河河床的白粗沙层上，既没有打桩，也没有其他石料，桥台仅用五层高1．55米的桥台砌成，桥基很牢，结构简单。

在1350年前，李春就敢用这样天然地基来承担大桥的全部重量，显示了我国古代劳动人民的伟大智慧，李春的名字也永远留在人们脑海里，这是人类造桥史上的一大奇迹。

二、赵州桥的简要介绍（一）使用功能的介绍隋代大业年间，赵州号称“四通之域”，当时的赵州是华北的交通咽喉，横跨赵州的渡河便成了百舸争流的交通大动脉。

于是跨河大桥赵州桥，造桥大师李春率领能工巧匠，开始创造这个人类土木工程史上的壮举。

1、坡度平缓的运输功能赵州地处平原，赵州桥两岸地形平坦，李春设计时选择了坡度极其平缓的圆弧拱形式，桥面坡度约为1:12。

这一坡度的设计用现代的观点来看，有非常好的运输功能。

我国现行《民用建筑设计通则》规定：“室内坡道不宜大于1:12，室外坡道不宜大于1:10，轮椅人使用的坡道不宜大于1:8。

”由此看来，赵州桥的坡度设计是非常合理的。

因此赵州桥单孔净跨度达37.4 米桥高，却只有7 米多，所以桥面和当平稳，无论中间走马推车两旁挑担行路、都不吃力便于两岸的经商往来，大大地提高的运营效率。

桥身长五十多米、宽九米多, 中间走车马, 两旁走人这样既便于行人来往，也便于车辆通行；并且赵州桥的拱顶高，又便于桥下行船，不会阻碍水路的运输。

2、敞肩圆弧拱的泄洪功能赵州桥的敞肩圆弧拱提高了大桥的安全性。

河中间没有桥墩, 桥脚跨落在两岸这样的设计不仅有利于泄洪，保持水流的畅通, 也避免广河水对桥基的直接冲击、能延长石桥寿命。

而且赵州桥具有“撞”空而不实的特点也加强了这一功能。

券的两肩叫撞，一般石桥的撞多用石料砌实，但赵州桥的撞没有砌实，而是在券的两肩各砌两个弧形的小券。

这样桥体增加了4个小券，大约节省了石料，使桥的重量减轻了大约500吨。

古代佼河每逢汛期, 水势较大, 对桥的泄洪能力是个考验,4个小劵可以分担部分洪流。

据计算4个小拱可增加过水面积16%左右, 大大降低洪水对大桥的影响, 起到了泄洪的作用提高大桥的安全性。

3、弧线外形的审美功能赵州桥的外形为一条平滑的曲线，平缓浑厚的曲线与自然融为了一体。

2个小拱均衡对称, 大拱与小拱构成一幅完整的图画, 显得更加轻巧秀丽。

在交河之上，一条优美的弧线沟通两岸，两岸花堤绿树，行人车辆，络绎不绝，好一派燕赵雄风！这样一幅美景，这就是赵州桥功能与形式的完美结合。

纵观国内外著名的建筑，都是建筑与自然的完美融合，因此这是赵州桥取得成功的最重要的因素之一。

（二）受力特性的介绍1、自然基础稳固牢靠赵州桥所在的地层是由河水冲积而成，地层表面是久经水流冲涮的粗砂层，以下是细石、粗石、细砂和粘土层。

李春利用河底的粗沙层作基础不打一根桩,仅用五层石料作桥台由于接触面大单位面积承受的压力很小。

根据现代测算，这里的地层每平方厘米能够承受4．5到6．6公斤的压力，而赵州桥对地面的压力为每平方厘米5——6公斤，完全能够满足大桥的要求。

选定桥址后在上面建造地基和桥台，自建桥到现在，桥基仅下沉了5厘米，说明这里的地层非常适合于建桥。

用这样天然地基来承担这个千年名桥的全部重量，足以说明桥址选择比较合理。

2、赵州桥的桥台独具特色。

桥台是整座大桥的基础，必须能承受大桥主拱圈（桥身主体）轴而向力分解而成的巨大水平推力和垂直压力。

赵州桥的桥台具有低拱脚、浅桥基、短桥台的特点。

赵州桥的拱脚在河床下仅半米左右；桥基底面在拱脚下1．7米左右；并且由上至下，用逐渐略有加厚的石条砌成5米长、6．7米宽、9．6米高的桥台，这样的桥台既简单又使用。

为了保障桥台的可靠性，建造者在桥台上采取了相应的固基措施。

桥台边打入的许多木桩，加强了桥台的基础，可以减少桥台的垂直位移（即由大桥主体的垂直压力造成的下沉），这种方法在今天的厂房、桥梁的建造上也经常采用。

延伸桥台后座，可以以抵消水平推力的作用减少桥台的水平移动（即由大桥主体的水平推力造成的桥台后移）。

沿河一侧设置的一道金刚墙，一方面可以防止水流的冲蚀作用，保护桥台和桥基，另一方面金刚墙和桥基、桥台连成一体，增加了桥台的稳定性。

赵州桥桥台简单实用的设计及其一系列的加固措施保证了大桥具有坚固的桥台，提高了大桥的坚实程度3、伏拱卓越的力学性能两对伏拱的存在对于赵州桥拱桥拱券应力分布起了十分重要的作用。

据研究分析指出有伏拱情况下全桥不出现拉应力，且全桥的应力分布比较均匀。

而在无伏拱情况下，桥拱轴线上两端约四分之一附近出现了微弱的拉应力，且全桥的应力分布起伏较太，这过对拱桥的强度是不利的。

从而可以看出，伏拱的存在对于拱桥拱券应力分布起了十分重要的作用。

伏拱的存在，一方面使赵州桥的圆弧形的拱轴线充分接近既经济又合理的恒载压力；另一方面．也正是由于伏拱的存在，既减轻了桥身自重，又消除了拱轴线截面上的拉应力，使赵州桥更加稳固耐用。

既美观又实用的赵州桥深刻表现了拱桥结构的卓越力学性能。

（三）建造技术的介绍1、赵州桥的砌置方法赵州桥是由28道各自独立的拱券沿宽度方向并列组合而成，拱厚皆为1.O3米。

建造者就地取材，选用附近州县生产的质地坚硬的青灰色砂石作为建桥石料。

这样的结构是采用了纵向（顺桥方向）砌置法砌置而成。

这种方法具体做法是由于每券各自独立，所以便于单独操作，相当灵活，每券砌完全合拢后就成一道独立拱券，砌完一道供券，移动承担重量的拱架，再砌另一道相邻拱。

这种砌法有很多优点，它既可以节省制作拱架所用的木材，便于移动；同时又利于桥的维修，一道拱券的石块损坏了，只要嵌入新石，进行局部修整就行了，而不必对整个桥进行调整。

2、保持大桥稳定性的措施。

加强各道拱券间的横向联系，使28道拱组成一个有机整体，连接紧密牢固，赵州桥的建设中采取了一系列技术措施。

l）在每一拱券和少量的桥的宽度上采用了下宽上窄、略有“收分”的方法。

“收分”法使得每个拱券向里倾斜，相互挤靠，增强其横向联系，以防止拱石向外倾倒；而且桥的宽度从桥的两端到桥顶逐渐收缩，从最宽9．6米收缩到9米，以加强大桥的稳定性。

2）在主券上均匀沿桥宽方向设置了5个铁拉杆，穿过28道拱券，每个拉杆的两端有半圆形杆头露在石外，以夹住28道拱券，增强其横向联系。

在4个小拱上也各有一根铁拉杆起同样作用。

3）在靠外侧的几道拱石上和两端小拱上盖有护拱石一层，以保护拱石；在护拱石的两侧设有勾石6块，勾住主拱石使其连接牢固。

4）为了使相邻拱石紧紧贴合在一起，在两侧外券相邻拱石之间都穿有起连接作用的“腰铁”，各道券之间的相邻石块也都在拱背穿有“腰铁”，把拱石连锁起来。

而且每块拱石的侧面都凿有细密斜纹，以增大摩擦力，加强各券横向联系。

这些措施的采取使整个大桥连成一个紧密整体，增强了整个大桥的稳定性和可靠性。

（四）社会影响的介绍赵州桥精巧的技术、科学的结构、优美的造型，在一千多年的历史中，桥的使用功能得到漫长的河流尽致的发挥，人们子子孙孙从桥上获得切身的利益。

在为人们带来平安吉祥的同时，又成为精神寄托的所在。

桥历经千余年天灾人祸而不毁坏，仍能满足人们的功能需要，似是一件不可思念的事情，除非有神灵护佑，成为了人们的精神寄托。

许多的神话传说由此产生如李春建桥演变成了神仙鲁班建桥等等。

赵州桥通过文化兼容来彰显协同于普遍社会心理的建筑主题：禾叶、斗子、竹节、八瓣莲花、蟠龙，元宝，或来源于佛教艺术，或萃取于民间理想，或依托于神话传说，尽管艺术符号来源各殊，然却表现了一个共同的艺术主题和社会理想：平安吉祥。

尤其是桥巅栏板上的饕餮浮雕，形貌狰狞，望之令人毛骨悚然，用以警示行人：此凶险之处，桥高水深，车马频繁，不可停留。

由此从心理学的角度进一步强化了桥梁“通济利涉”的功能和“平安吉祥”的艺术主题。

赵州桥的核心价值仍然是历经1400年而不衰的“技术满足功能”的高效能状态。

技术高超功能的满足，在时间的锤炼中如果愈见光大辉煌，在世世代代的读解中，人们逐渐对其产生日益强烈的认同感与归宿感。

这种心理上的认同与归宿，使赵州桥存在于物质世界的同时，又长久地存在于人们的心灵之中，永葆鲜活的面貌。

四、赵州桥的的历史地位及拱桥的主要缺点（一）赵州桥的历史地位赵州桥在世界桥梁史上具有极高的地位。

中外的著名学者给予这个土木工程史上的成就与极高的评价。

梁思成：“河北赵县安济桥……可称为中国工程界一绝”。

桥梁专家福格·迈耶（H. Fugl-Meyer）：“罗马拱桥属于巨大的砖石结构建筑……独特的中国拱桥是一种薄石壳体……中国拱桥建筑，最省材料，是理想的工程作品，满足了技术和工程双方面的要求”。

1961年3月4日中国国务院公布为全国第一批重点文物保护单位； 1991年美国土木工程师学会选定为世界第十二处“国际土木工程历史古迹”，并赠牌纪念；1999年被定为省级爱国主义教育基地。

拱桥的主要缺点是：（二）石拱桥主要问题赵州桥历经千年风烛残年，迄今还在为人类服务。

我国是修建石拱桥最早也是最悠久的国家，石拱桥具有造价便宜，技术难度小，施工方便等特点，在地质好的条件好，石料丰富的地方适宜建造。

近年来，石拱桥出现拱圈变形开裂，墩台沉陷并开裂，甚至垮塌事故时有发生，石拱桥有自身的缺陷。

1）自重较大，相应的水平推力也较大，增加了下部结构的工程量，当采用无铰拱时，对地基条件要求较高；2）拱桥一般都采用在支架上施工的方法修建，随着跨径和桥高的增大，支架或其他辅助设备的费用大大增加，从而增加了拱桥的施工难度，提高了拱桥的总造价；3）由于拱桥水平推力较大，在连续多孔的大、中桥梁中，为防止一孔破坏而影响全桥的安全，需要采用较复杂的技术措施，例如设置单向推力墩，也会增加造价；4）与梁式桥相比，上承式拱桥的建筑高度较高，当用于城市立交及平原地区的桥梁时，因桥面标高提高，而使两岸接线工程量增大，既增加造价又对行车不利。