房屋建筑学-赵州桥赏析.pptx

1、赵州桥赏析,张智恒 土木145班,赵州桥又称安济桥，坐落在河北省赵县洨河上，横跨在37米多宽的河面上，因桥体全部用石料建成，俗称“大石桥”。建于隋朝年间公元595年605年，由著名匠师李春设计建造，距今已有1400多年的历史，是当今世界上现存最早、保存最完整的古代单孔敞肩石拱桥。,建筑背景,1.伏拱敞肩 赵州桥首次在主拱的两肩上各建两个小拱称伏拱。挖去部分填肩材料，称敞肩。敞肩有几大益处。 第一，减轻了桥身自重，节省材料，也减轻了桥身对桥台的垂直压力和水平推力。使桥身变轻巧，下部结构变简单。 第二，敞肩的四个小拱在洪灾时能起到很好的泄洪作用，据桥梁专家推算，大约可增加过水面积 16.5。 第三

2、，通过敞肩调整荷载分布，使恒载压力线和大拱的轴线极为接近。拱的构造经济合理。,结构特点,2.坦拱 赵州桥采用了现代桥梁学上的所谓坦拱，桥身跨度大而弧形平。这样便于车马通过，也兼顾了航运。但拱平会使拱对桥台的水平推力变大，对桥台和地基的要求较高。李春一方面采用敞肩减轻桥自重，另一方面采用纵向并列砌筑的施工方法，使每到拱券自成一体，如果一道拱券损坏不会影响全桥。,3.采用天然地基上的浅基础 按照常理推断，赵州桥的坦拱形式，对桥台和地基的要求较高。许多人猜测赵州桥的桥台肯定会采用长后座型式的基础，还可能有桩基。 就连梁思成先生 1933 年考察时还认为这只是防水流冲刷而用的金刚墙，而不是承纳桥券全部

3、荷载的基础。 然而，桥梁专家们在 1979 年 5 月对赵州桥进行人工坑探后发现，赵州桥的桥台是厚度仅 1.549 米的既浅又小的普通矩形，桥台直接安放在轻亚粘土与亚粘土组成的第四纪冲积层上，这种天然地基土质均匀稳定，完全能承受大桥的荷载。这充分体现了以李春为代表的中国古代匠师的全局设计思想。,梁思成先生所摄及所绘图,1.“券”小于半圆 中国习惯上把弧形的桥洞、门洞之类的建筑叫做“券”。一般石桥的券，大都是半圆形，但赵州桥跨度很大，从这一头到那一头有37.04米。如果把券修成半圆形，那桥洞就要高18.52米。这样车马行人过桥，就好比越过一座小山，非常费劲。赵州桥的券是小于半圆的一段弧，这既减低

4、了桥的高度，减少了修桥的石料与人工，又使桥体非常美观，很像天上的长虹。 在主拱券的上边两端又各加设了二个小拱，一，可节省材料，二，减少桥身自重（减少自重15%），而且能增加桥下河水的泄流量。三，使桥身更加美观。,建筑价值,2.“撞”空而不实 券的两肩叫“撞”。一般石桥的撞都用石料砌实，但赵州桥的撞没有砌实，而是在券的两肩各砌一两个弧形的小券。这样桥体增加了四个小券，大约节省了一百八十立方米石料，使桥的重量减轻了大约500吨。而且，当洨河涨水时，一部分水可以从小券往下流，既可以使水流畅通，又减少了洪水对桥的冲击，保证了桥的安全。 3.洞砌并列式 它用二十八道小券并列成9.6米宽的大券。可是用并列

5、式砌，各道窄券的石块间没有相互联系，不如纵列式坚固。为了弥补这个缺点，建造赵州桥时，在各道窄券的石块之间加了铁钉，使它们连成了整体。用并列式修造的窄券，即使坏了一个，也不会牵动全局，修补起来容易，而且在修桥时也不影响桥上交通。,赵州桥通过扶拱敞肩调整荷载分布，使恒载压力线和大拱的轴线极为接近，从而使主拱材料产生极小的拉应力，发挥石料很好的受压特性。下面就通过一个小的算例进行验证。 1.计算模型 赵州桥全长 64.4m，净跨 37.02m，弧矢 7.05m，弧半径 27.7m。两小拱的半径分别为 2.3m 和 1.5m，跨度分别为 3.81m 和 2.85m。小拱厚度为 0.66m，大拱厚度为

6、1.32m。 在结构力学求解器上建立计算模型，取一半拱结构，对大拱用 12 段杆单元近似，两个小拱分别用 8 段和 10 段杆单元近似，由于基础小而浅，所以支座近似为铰支。计算简图如下：,算例,2.荷载计算 用样条曲线大致拟和桥面形状，设大拱自重为 1，小拱自重为 0.5（根据厚度比估计），桥身其它石料自重按形状估计，如图所示。,3.弯矩计算,大拱最大弯矩 8.64，小拱最大弯矩 2.26,4.剪力计算,大拱最大剪力 3.25，小拱最大剪力 1.85,建筑赏析,赵州桥在风雨中屹立千年，饱经风霜。虽经过多次修缮，但仍然健全并为人们所使用。古时缺少计算工具，若想做到像现代建筑一样精细，是十分困难的。赵州桥的结构精巧，运用现在桥梁的伏拱和坦拱，在工程和美学上都堪称是古桥之中的魁首。 当然我们不能仅仅停留在赞叹古代能工巧匠的天工之作，还要从中获取知识。这种定性分析的能力和工程经验都是我们日后的学习和工作中所必不可少的技能。 鉴往者之不可谏，思来者之犹可追。,