拱桥，这种结构形式的选择除了其外观造型的考虑之外，背后还蕴含着一定的科学道理。 拱的两端称为拱脚，两个拱脚之间的桥洞称为“一孔”或“一跨”，拱脚之间的距离称为跨径。跨径越大，设计及建造的难度也就越大。 河北赵县的赵州桥，是一座跨径37米的单孔石拱桥。北京丰台的卢沟桥，是一座十一孔的联拱桥，拱洞由两岸向桥中心逐渐增大，跨径从12.35米逐渐增大到13.42米。这两座石拱桥都是我国首批全国重点文物保护单位。 在人类发展历史的很长一段时期内，建筑材料的种类是比较有限的，钢筋水泥只是在近代才出现。所以，石材因为其良好的抗压强度、耐久性，尤其是方便就地取材和加工，大量运用于土木工程建设。 拱桥中主要的承重结构为拱圈，拱圈可以直接作为桥面用于行人通过，也可以在拱圈之上再架设拱上建筑形成桥面，以减缓桥面坡度。赵州桥就是在主拱圈两侧再架设小拱，大小拱顶部架设桥面。 拱圈从形状上看，像一个圆环的一部分，上侧的曲线长，下侧的曲线短。为了建成拱圈，需要预先加工很多块上大下小“倒梯形”的石块。然后把石块一块一块的拼接起来，使“倒梯形”长边连接形成拱圈上侧的长曲线，短边连接形成拱圈下侧的短曲线，最后形成一个完整的拱圈。 我们设想拱圈最中间的那个石块，因为它架设在空中，除了自重，如果它的上部还承受行人或者车辆的重量，就会有被压得“掉下来”的趋势。但是因为其上大下小的形状，使得它刚好被两边的石块给卡住。它“往下掉”的趋势越大，两边的石块就把它挤压得越紧，产生的可以阻止它向下的摩擦力也就越大，最后形成一种平衡。这样，每个石块都被它两侧的石块支撑，使得每个石块所承受的力都向它的两边传递扩散。最后，整个拱桥的力全部传递到两边的拱脚处。拱圈里每个石块都受到很大的挤压力，而石材又具有很高的抗压性能，所以石拱桥就可以建得跨径很长。 随着结构工程技术的发展，拱桥的材料和结构形式也越来越丰富多样。以往的石拱桥都是桥面铺设在拱圈之上，而吊杆拱桥的桥面则在拱圈之下。在拱圈每个“石块”（混凝土）下方设置吊杆把桥面吊在空中，拱圈内部仍然主要是受到挤压的作用力，以发挥混凝土的高抗压性能。例如由邓文中院士设计的天津大沽桥，就是一座主跨达到106米的吊杆拱桥，它不光方便了人们的出行，成为天津一道亮丽的风景，也体现出人类高超的科技水平。 |
|
|
