拱桥漫谈

小编按:在钢结构和混凝土应用之前,石材所筑的拱桥,是桥梁的主要形式,无论中外咸如此(当然也有木结构梁式桥,悬索桥,浮桥等等)。本文略叙拱桥之渊源,供大家茶余饭后一观。

拱桥是大家经常遇到的一种土木结构。它的外形优美,富于民族建筑气息。拱形的砖石结构和大地、小河、垂柳、白云融为一体,十分和谐。

       不见枯藤老树,但观小桥流水,绿柳红花,亦足以游目骋怀,发思古之幽情,忘今世之烦忧。

北京某公园拱桥(土木君哥摄)
       
       《说文解字》里,拱字的解释是:敛手。也就是双手抱拳,拱手之意。拱手之形,近乎拱桥的弧形。
       拱的英文是arch,牛津字典(Oxford English Dictionary)里对其解释为:A curved structure spanning an opening for supporting the weight of a bridge, roof, or wall。拉丁语(Latin)则为arcus bow。翻译一下,大意就是“支撑桥梁、屋顶、墙体荷载的横跨洞口之弧形结构”。

中国书店版《说文解字》关于拱字的解释

拱形结构的历史很悠久。从战国的空心砖梁板结构,逐渐过渡到两汉的实心砖券拱形结构。但中国的建筑传统,一直以木结构为主,或为主流之斗拱,或为西南地区之穿斗,或为森林地区之干阑。而砖石的拱形结构,一直未能在建筑中大规模应用。

在古罗马时代,加尔桥(Gard Bridge)是古罗马时代所建的输水结构系统。该桥采用当地的石灰岩所筑,高49米,长275米。桥的两端高度不同,利用自然的水头差,无需水泵等复杂的动力设备。此桥的拱形为半圆形,拱的砌筑需要工匠有高超的技艺,以保证砌块的平整和整体结构的稳定。

加尔桥(Gard Bridge)(李怡绘制。《世界桥》,彭军等著)

北魏郦道元《水经注》卷十六,谷水条:“旅人桥,桥去洛阳宫六七里,悉用大石,下圆以通水,题太康三年十一月初就功”。这个西晋的圆形拱桥,是我国最早关于拱桥的文献记录。

时光的奔流,不舍昼夜。数百年之后,隋文帝杨坚一统南北,国力空前强盛。著名的工匠李春,主持修建了安济桥,现名赵州桥。

此桥建于隋大业年间(公元595-605年),是现存最早的敞肩桥。所谓敞肩,就是桥的两端做成敞开的小券,可以降低桥的自重,也可以增加洪水时的过水面积,减小洪水的冲击力。所谓“两涯嵌四穴,盖以杀怒水之荡突”是也。

赵州桥长37.37米,高7.23米,高跨比接近1/5。拱桥的桥券是大约60度的一段圆弧形,呈弓形,这样处理使得桥面的弧线非常平缓,有利于车马行人的顺利通过。两端四个小券,和大弧度的桥面、桥券相比,很是和谐,给人轻盈爽利之感。

1991年,美国土木工程师协会,授予赵州桥“国际土木工程历史古迹”(International historic civil engineering landmark)的称号,铜牌嵌于桥旁景观石之上,昭示着李春的功绩。

赵州桥局部(百度百科图片)

李春是河北邢台人。雕刻在河北有悠久的历史,自汉代始,曲阳的汉白玉雕刻便名闻天下。小券的细部,栏板的龙造型,虽然经过千余年的风洗雨磨,然而还是精美异常,纤毫未失。观如今之桥梁,思李春之功绩,能不感慨叹服!古人所谓三不朽“立德、立功、立言”,李春可谓立功者。

赵州桥的栏板雕刻(《中国建筑史》第二版,刘敦桢)

历史车轮行至1888年,伊朗也修建了更大的夏希石桥(Shahi Bridge)。桥的两端小券数量不等,并不讲究对称,和中国传统审美颇有区别。

夏希大桥素描(马騻绘制,《世界桥》,彭军等著)

及至近代,钢结构和钢筋混凝土,乃至预应力技术,悬索技术的大量应用使得大型砌体拱桥彻底退出了历史舞台。只有在公园里,小河上,还能一睹石拱桥的芳容。

从力学角度来看,相对于梁的受弯,拱的最大特点就是拱的内部以压应力为主,如果拱形选择适当,拉应力和剪力很小。

从材料角度来讲,砖石等脆性材料,其抗拉能力极弱,而抗压能力却很强。

所以拱和砖、石材是天作之合。天生石材,人筑之以为桥,桥置于天生的砂石地基之上,近乎纯天然。

拱和十字拱(外国建筑史,陈志华)

小编已近不惑,走南闯北,粗浅心得,蒙公众号不弃,愿与诸君分享。丹麦十字拱型建筑,英国布里斯托拱型门和部分穹窿,且列于末,作为本文的休止符吧。

丹麦哥本哈根某酒馆

英国布里斯托St Vincent’s Works, entrance hall,1891

土木君哥

2020.3.24

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