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1、. .桥梁开展与艺术【摘要】桥梁是线路的重要组成局部，每当运输工具发生重大变化，对桥梁在载重、跨度等方面提出新的要求，便推动了桥梁工程技术的开展，不仅如此，随着时代的变化人们在桥的立体造型艺术上的要求也越来越高。【关键词】古代桥梁 近代桥梁 现代桥梁 桥梁艺术 前言：桥梁既是一座功能性的构造物，也是立体造型艺术工程。桥梁建筑是跨越江河、山间供人、车通行的人工构造物。桥梁建筑的开展与人类的文明进步密切相关，应当说它源自远古自然，或许是一根树偶然倒下横过溪流；藤蔓从河一岸的一棵树到另一岸的一棵树；天然洞穴就是最早的天然桥梁。大约公元前4000年，人类开场定居，过着部落生活，并开场更多地考虑永久性的
2、桥梁。古之桥人类在原始时代，跨越水道和峡谷，是利用自然倒下来的树木，自然形成的石梁或石拱，溪涧突出的石块，谷岸生长的藤萝等。人类有目的地伐木为桥或堆石、架石为桥始于何时，已难以考证。据史料记载,中国在周代公元前11世纪前256年已建有梁桥和浮桥,如公元前1134年左右,西周在渭水架有浮桥。古巴比伦王国在公元前1800年建造了多跨的木桥，桥长达183米。古罗马在公元前621年建造了跨越台伯河的木桥，在公元前 481年架起了跨越赫勒斯旁海峡的浮船桥。古代美索不达米亚地区，在公元前 4世纪时建起挑出石拱桥拱腹为台阶式。 古代桥梁在17世纪以前，一般是用木、石材料建造的，并按建桥材料把桥分为木桥和石桥
3、。木桥早期木桥多为梁桥，木梁称飞桥或称握桥，即为伸臂梁桥。木伸臂梁在公元4世纪时候有记载。石桥叠涩，出檐不远；木桥伸臂到达20m。现存清代重修的*文县阴平桥为单孔木伸臂桥，桥跨达60余m，桥上建有桥屋。木梁桥上一般建有桥屋或桥廊，侗族风雨桥就是一种桥屋。*三江侗族自治县的程阳永济桥，是一座4孔5图1 程阳永济桥墩的木伸臂桥屋，全长644m，建于1916年，5座墩台上均有桥亭，用桥廊把桥亭相互贯穿。桥亭起着重力平衡作用，把装饰与功能有机结合在一起图1。木拱桥出现较早，公元104年在匈牙利多瑙河建成的特拉杨木拱桥，共有21孔，每孔跨径为36米。中国在*修建的虹桥，净跨约为20米,亦为木拱桥,建于公
4、元1032年。日本在岩国锦川河修建的锦带桥为五孔木拱桥，建于公元300年左右,是中国僧戴曼公独立禅师帮助修建的。石桥石桥的主要形式是石拱桥。据考证，中国早在东汉时期公元25220年就出现石拱桥,如出土的东汉画像砖，刻有拱桥图形。现在尚存的赵州桥又名安济桥，建于公元605617年，净跨径为37米，首创在主拱圈上加小腹拱的空腹式敞肩式拱。中国古代石拱桥拱圈和墩一般都比较薄，比较轻巧，如建于公元816819年的宝带桥，全长317米，薄墩扁拱,构造精巧。罗马时代，欧洲建造拱桥较多,如公元前200公元200年间在罗马台伯河建造了8座石拱桥，其中建于公元前62年的法布里西奥石拱桥，桥有2孔,各孔跨径为24
5、.4米。公元98年西班牙建造了阿尔桥,高达52米。此外,出现了许多石拱水道桥,如现存于法国的加尔德引水桥,建于公元前1世纪，桥分为3层，最下层为7孔,跨径为1624米。罗马时代拱桥多为半圆拱，跨径小于25米，墩很宽，约为拱跨的三分之一。罗马帝国灭亡后数百年，欧洲桥梁建筑进展不大。11世纪以后，尖拱技术由中东和埃及传到欧洲，欧洲开场出现尖拱桥，如法国在公元11781188年建成的阿维尼翁桥，为20孔跨径达34米尖拱桥。英国在公元11761209年建成的泰晤士河桥为19孔跨径约 7米尖拱桥。西班牙在13世纪建了不少拱桥，如托莱多的圣玛丁桥。拱桥除圆拱、割圆拱外，还有椭圆拱和坦拱。公元1542163
6、2年法国建造的皮埃尔桥为七孔不等跨椭圆拱，最大跨径约32米。当时椭圆拱曾盛行一时。15671569在佛罗伦萨的圣特里尼塔建了三跨坦拱桥，其矢高同跨度比为17。1117世纪建造的桥，有的在桥面两侧设商店，如意大利威尼斯的里亚尔托桥。 石梁桥是石桥的又一形式。中国*省*附近的灞桥原为石梁桥，建于汉代，距今已有2000多年。宋代建造为数众多的石墩、石梁桥。200多年间，仅*一地，见于古籍的桥梁就有110座，其中名桥10座。如安平桥图2，有362孔，桥长5里2223m，故又名五里桥现桥长2100m，保持了700余年的桥长记录。桥始建于宋，*八年公元1138年，成于*二十一年公元1151年，历时13年。
7、*江东桥的石梁最为巨大，该桥于宋嘉熙元年公元1237年由木梁桥改为石梁桥，计有15孔，每孔三片石梁。石桥图 2 安平桥 现存5孔，其中最大的石梁长23.7m，宽1.7m，高1.9m，重量达2000kN(200t)。这样巨大的石梁，在没有重型起重设备的古时，其采、运、安装等工作都是十分艰巨的。英国达特穆尔现存的石板桥，有的已有2000多年。近代桥梁在出现铁路初期，西欧的铁路桥主要使用石拱和铸铁肋拱。在将铸铁肋拱用于多跨桥时，为使桥墩不受拱的水平推力，经在同一拱肋两端之间设置系杆，形成系杆拱。例如英国1849年用这种方法在纽卡斯尔建成 637.8米双层上层为铁路，下层为道路铸铁拱桥。美国和俄国较多
8、地使用木桥；其跨谷桥那么常采用木排架桥；过河的大跨桥那么采用木拱和木桁架梁桥。1840年获得专利权的美国豪氏桁架梁，在构造上是同俄国茹拉夫斯基在修建圣彼得堡今列宁格勒至莫斯科铁路时所设计的大跨桁架梁木桥一样；其弦杆和穿插腹杆用木材，竖向腹杆那么用圆铁，构造简单，受力明确，可以作为当时桁架梁的代表。锻铁和钢材的出现，逐步改变了铁路桥的面貌。1845年，英国J.内史密斯创造蒸汽打桩机；1851年，英国在罗切斯特一座桥的施工中使用气压沉箱根底下沉深度达18.5米，从此完毕了深水江河不能修桥的历史。近代桥梁建造，促进了桥梁科学理论的兴起和开展。1857年由圣沃南在前人对拱的理论、静力学和材料力学研究的
9、根底上，提出了较完整的梁理论和扭转理论。这个时期连续梁和悬臂梁的理论也建立起来。桥梁桁架分析(如华伦桁架和豪氏桁架的分析方法)也得到解决。19世纪70年代后经德国人K.库尔曼、英国人W.J.M.兰金和J.C.麦克斯韦等人的努力,构造力学获得很大的开展,能够对桥梁各构件在荷载作用下发生的应力进展分析。这些理论的开展，推动了桁架、连续梁和悬臂梁的开展。19世纪末，弹性拱理论已较完善，促进了拱桥开展。20世纪20年代土力学的兴起，推动了桥梁根底的理论研究。近代桥梁按建桥材料划分，除木桥、石桥外，还有铁桥、钢桥、钢筋混凝土桥。铁桥铁桥包括铸铁桥和锻铁桥。铸铁性脆，宜于受压，不宜受拉，适宜作拱桥建造材料
10、。世界上第一座铸铁桥是英国科尔布鲁克代尔厂所造的塞文河桥，建于1779年，为半圆拱，由五片拱肋组成，跨径30.7米。锻铁抗拉性能较铸铁好，19世纪中叶跨径大于6070米的公路桥都采用锻铁链吊桥。铁路因吊桥刚度缺乏而采用桁桥，如18451850年英国建造布列坦尼亚双线铁路桥，为箱型锻铁梁桥。19世纪中以后，相继建立起梁的定理和构造分析理论,推动了桁架桥的开展,并出现多种形式的桁梁。但那时对桥梁抗风的认识缺乏，桥梁一般没有采取防风措施。1879年12月大风吹倒才建成18个月的阳斯的泰湾铁路锻铁桥，就是由于桥梁没有设置横向连续抗风构。中国于1705年修建了*大渡河泸定铁链吊桥图3。桥长100米，宽2
11、.8米，至今仍在使用。欧洲第一座铁链吊桥是英国的蒂斯河桥，建于1741年，跨径20米，宽0.63米。18201826年，英国在威尔士北部梅奈海峡修建一座中孔长 177米用锻铁眼杆的吊桥。这座桥由于缺乏加劲梁或抗风构，于1940年重建。世界上第一座不用铁链而用铁索建造的吊桥，是瑞士的弗里堡桥，建于18301834年、桥的跨径为 233米。这座桥用2000根铁丝就地放线，悬在塔上，锚固于深图3 泸定桥18米的锚碇坑中。1855年,美国建成尼亚加拉瀑布公路铁路两用桥。这座桥是采用锻铁索和加劲梁的吊桥,跨径为250米。18691883年，美国建成纽约布鲁克林吊桥,跨度为283+486+283米。这些桥
12、的建造，提供了用加劲桁来减弱震动的经历。此后，美国建造的长跨吊桥，均用加劲梁来增大刚度，如1937年建成的旧金山金门桥主孔长为1280米，边孔为344米，塔高为228米，以及同年建成的旧金山奥克兰海湾桥主孔长为704米，边孔为354米，塔高为152米，都是采用加劲梁的吊桥。1940年，美国建成的华盛顿州塔科玛海峡桥，桥的主跨为853米，边孔为335米，加劲梁高为2.74米，桥宽为11.9米。这座桥于同年11月7日，在风速仅为 67.5公里/小时的情况下,中孔及边孔便相继被风吹垮。这一事件，促使人们研究空气动力学同桥梁稳定性的关系。钢桥19世纪50年代以后，静定钢桁架梁的内力分析方法逐步被工程界
13、所掌握。1867年，德国的H.格贝尔在哈斯富特建成了一座静定悬臂桁架梁桥这种梁因此也称格贝尔梁。18801890年,英*用该桥式,建成了跨度空前达521.2米的福斯湾铁路桥,总长1620米,支承处的桁架高度达110米。这座桥杆件粗大，构造高大，刚度和承载能力都可满足铁路桥要求，外观那么不如拱桥和悬索桥。18671874年，美国建成了圣路易斯钢拱桥(图4美国圣路易斯钢拱桥)主跨158米，两边跨各为153米。其承重构造是无铰桁架拱,桁杆由钢质圆管制成。该桥的优点在能用小截面杆件拼装成刚度大的铁路桥。在英国用锻铁建成不列颠箱管桥时，美国J.A.罗布林于18511855年在尼亚加拉河上，用平行锻铁丝缆
14、索建造一座跨度为250米的公铁两用悬索桥;塔用石砌，加劲桁架梁为木制；在缆索之外，还用假设干斜拉索将加劲桁梁同塔顶及设在岩壁的锚固点紧连具有斜X桥式构造。此桥开通时,总重368吨的列车机车重量为28吨稳稳驶过。后来曾将其加劲梁改为钢制，石塔改为铁制，该桥的寿命是42年因铁路活载不断加大而为一跨度168米的钢拱桥代替。19世纪中期出现了根据力学设计的悬臂梁。英国人根据中国*木悬臂桥式，提出锚跨、悬臂和悬跨三局部的组合设想，并于18821890年在英国爱丁堡福斯河口建造了铁路悬臂梁桥。这座桥共有6个悬臂,悬臂长为206米，悬跨长为107米，主跨长为519米。20世纪初期,悬臂梁桥曾风行一时,如19
15、011909年美国建造的纽约昆斯堡桥，是一座中间锚跨为190米、悬臂为 150和180米、无悬跨、由铰联结悬臂、主跨为300米和360米的悬臂梁桥。19001917年建造的加拿大魁北克桥也是悬臂钢桥。1933年建成的丹麦小海峡桥为五孔悬臂梁公路铁路两用桥,跨径为137.50+165+200+165+137.5米。 1896年比利时工程师菲伦代尔创造了空腹桁架桥。比利时曾经造了几座铆接和电焊的空腹桁架桥。钢筋混凝土桥18751877年，法国园艺家莫尼埃建造了一座人行钢筋混凝土桥，跨径16米,宽4米。1890年，德国不莱梅工业展览会上展出了一座跨径40米的人行钢筋混凝土拱桥。1898年，修建了沙泰尔罗钢筋混凝土拱桥。这座桥是三铰拱，跨径52米。图8为三铰拱、桥示意图。1905年，瑞士建成塔瓦纳萨桥,跨径51米,是一座箱形三铰拱桥，矢高5.5米。1928年,英国在贝里克的罗亚尔特威德建成 4孔钢筋混凝土拱桥，最大跨径为110米。1934年，瑞典建成跨径为181米、矢高为26.2米的特拉贝里拱桥;1943年又建成跨径为264米、矢高近4
