房屋建筑學(xué)-趙州橋賞析.pptx

1、趙州橋賞析,張智恒 土木145班,趙州橋又稱安濟(jì)橋，坐落在河北省趙縣洨河上，橫跨在37米多寬的河面上，因橋體全部用石料建成，俗稱“大石橋”。建于隋朝年間公元595年605年，由著名匠師李春設(shè)計建造，距今已有1400多年的歷史，是當(dāng)今世界上現(xiàn)存最早、保存最完整的古代單孔敞肩石拱橋。,建筑背景,1.伏拱敞肩 趙州橋首次在主拱的兩肩上各建兩個小拱稱伏拱。挖去部分填肩材料，稱敞肩。敞肩有幾大益處。 第一，減輕了橋身自重，節(jié)省材料，也減輕了橋身對橋臺的垂直壓力和水平推力。使橋身變輕巧，下部結(jié)構(gòu)變簡單。 第二，敞肩的四個小拱在洪災(zāi)時能起到很好的泄洪作用，據(jù)橋梁專家推算，大約可增加過水面積 16.5。 第三

2、，通過敞肩調(diào)整荷載分布，使恒載壓力線和大拱的軸線極為接近。拱的構(gòu)造經(jīng)濟(jì)合理。,結(jié)構(gòu)特點,2.坦拱 趙州橋采用了現(xiàn)代橋梁學(xué)上的所謂坦拱，橋身跨度大而弧形平。這樣便于車馬通過，也兼顧了航運。但拱平會使拱對橋臺的水平推力變大，對橋臺和地基的要求較高。李春一方面采用敞肩減輕橋自重，另一方面采用縱向并列砌筑的施工方法，使每到拱券自成一體，如果一道拱券損壞不會影響全橋。,3.采用天然地基上的淺基礎(chǔ) 按照常理推斷，趙州橋的坦拱形式，對橋臺和地基的要求較高。許多人猜測趙州橋的橋臺肯定會采用長后座型式的基礎(chǔ)，還可能有樁基。 就連梁思成先生 1933 年考察時還認(rèn)為這只是防水流沖刷而用的金剛墻，而不是承納橋券全部

3、荷載的基礎(chǔ)。 然而，橋梁專家們在 1979 年 5 月對趙州橋進(jìn)行人工坑探后發(fā)現(xiàn)，趙州橋的橋臺是厚度僅 1.549 米的既淺又小的普通矩形，橋臺直接安放在輕亞粘土與亞粘土組成的第四紀(jì)沖積層上，這種天然地基土質(zhì)均勻穩(wěn)定，完全能承受大橋的荷載。這充分體現(xiàn)了以李春為代表的中國古代匠師的全局設(shè)計思想。,梁思成先生所攝及所繪圖,1.“券”小于半圓 中國習(xí)慣上把弧形的橋洞、門洞之類的建筑叫做“券”。一般石橋的券，大都是半圓形，但趙州橋跨度很大，從這一頭到那一頭有37.04米。如果把券修成半圓形，那橋洞就要高18.52米。這樣車馬行人過橋，就好比越過一座小山，非常費勁。趙州橋的券是小于半圓的一段弧，這既減低

4、了橋的高度，減少了修橋的石料與人工，又使橋體非常美觀，很像天上的長虹。 在主拱券的上邊兩端又各加設(shè)了二個小拱，一，可節(jié)省材料，二，減少橋身自重（減少自重15%），而且能增加橋下河水的泄流量。三，使橋身更加美觀。,建筑價值,2.“撞”空而不實 券的兩肩叫“撞”。一般石橋的撞都用石料砌實，但趙州橋的撞沒有砌實，而是在券的兩肩各砌一兩個弧形的小券。這樣橋體增加了四個小券，大約節(jié)省了一百八十立方米石料，使橋的重量減輕了大約500噸。而且，當(dāng)洨河漲水時，一部分水可以從小券往下流，既可以使水流暢通，又減少了洪水對橋的沖擊，保證了橋的安全。 3.洞砌并列式 它用二十八道小券并列成9.6米寬的大券。可是用并列

5、式砌，各道窄券的石塊間沒有相互聯(lián)系，不如縱列式堅固。為了彌補這個缺點，建造趙州橋時，在各道窄券的石塊之間加了鐵釘，使它們連成了整體。用并列式修造的窄券，即使壞了一個，也不會牽動全局，修補起來容易，而且在修橋時也不影響橋上交通。,趙州橋通過扶拱敞肩調(diào)整荷載分布，使恒載壓力線和大拱的軸線極為接近，從而使主拱材料產(chǎn)生極小的拉應(yīng)力，發(fā)揮石料很好的受壓特性。下面就通過一個小的算例進(jìn)行驗證。 1.計算模型 趙州橋全長 64.4m，凈跨 37.02m，弧矢 7.05m，弧半徑 27.7m。兩小拱的半徑分別為 2.3m 和 1.5m，跨度分別為 3.81m 和 2.85m。小拱厚度為 0.66m，大拱厚度為

6、1.32m。 在結(jié)構(gòu)力學(xué)求解器上建立計算模型，取一半拱結(jié)構(gòu)，對大拱用 12 段桿單元近似，兩個小拱分別用 8 段和 10 段桿單元近似，由于基礎(chǔ)小而淺，所以支座近似為鉸支。計算簡圖如下：,算例,2.荷載計算 用樣條曲線大致擬和橋面形狀，設(shè)大拱自重為 1，小拱自重為 0.5（根據(jù)厚度比估計），橋身其它石料自重按形狀估計，如圖所示。,3.彎矩計算,大拱最大彎矩 8.64，小拱最大彎矩 2.26,4.剪力計算,大拱最大剪力 3.25，小拱最大剪力 1.85,建筑賞析,趙州橋在風(fēng)雨中屹立千年，飽經(jīng)風(fēng)霜。雖經(jīng)過多次修繕，但仍然健全并為人們所使用。古時缺少計算工具，若想做到像現(xiàn)代建筑一樣精細(xì)，是十分困難的。趙州橋的結(jié)構(gòu)精巧，運用現(xiàn)在橋梁的伏拱和坦拱，在工程和美學(xué)上都堪稱是古橋之中的魁首。 當(dāng)然我們不能僅僅停留在贊嘆古代能工巧匠的天工之作，還要從中獲取知識。這種定性分析的能力和工程經(jīng)驗都是我們?nèi)蘸蟮膶W(xué)習(xí)和工作中所必不可少的技能。 鑒往者之不可諫，思來者之猶可追。,