亚东桥话40尖拱桥从何而来下

在“亚东桥话39”中,讨论了尖拱的起源与传播,以及前伊斯兰时期的尖拱桥。本篇接着介绍一些古代的尖拱桥,并看看近年来带尖拱结构的桥梁建设情况。

古代尖拱桥

今天,在世界上许多地方,都很容易欣赏到有尖拱的伊斯兰建筑,不过,想看看尖拱桥却不是那么容易。古代尖拱桥的应用并不算广泛,主要分布在今土耳其、伊朗和欧洲的几个国家。

在土耳其东南部的Silvan镇附近,有一座马拉巴迪(Malabadi)桥,见图1。这桥建于12世纪中期,长m,宽7m,高19m,主孔跨径达38.6m。从图中可以看出,当跨径较大时,就得配置十分厚实的拱上建筑。直到20世纪50年代,附近新建了一座公路拱桥,这桥才停用。

图1马拉巴迪桥

土耳其境内还建有一些大大小小的尖拱桥,图2给出了几个实例。

图2a为Misis桥,最早是由罗马帝国君士坦提乌斯二世(-年)委托建造的。在6世纪,拜占庭皇帝查士丁尼一世进行过修复,后来在年和年被再次翻修。年,这桥在地震中受损,后被复原。桥长.70m,宽6.50m,计9孔,最大跨径11m。图2b为E?ri桥。这桥的桥轴线由两段直线组成,形成一个指向上游的凸角,故也称为弯桥。桥始建于中世纪,并在奥斯曼帝国(-年)末期进行了大规模重建。桥长.60m,宽4.55m,计18孔。图2c为?obandede桥。这桥可能始建于13世纪末期,在年、年、年多次修复。桥长m,现有6孔,跨径在11.5-15.5m之间。图2d所示为阿拉(Ala)桥,长54m,主孔跨径19.65m,约建于14世纪。

图2土耳其的尖拱桥

16世纪,奥斯曼帝国日趋鼎盛,控制了今日中东欧一些国家。年,建筑师米马尔?希南(MimarSinan,约/-年,奥斯曼帝国时期及意大利文艺复兴时期西亚最伟大的建筑师和工程师之一)受命在今波斯尼亚和黑塞哥维那塞族共和国的维舍格勒,建成了一座尖拱桥,取名穆罕默德?帕夏?索科洛维奇(Mehmed-pa?eSokolovi?a)桥,见图3。

此桥规模宏大、造型优雅,被认为是不同地区文化交流的重要见证,年被列入世界文化遗产。大桥长.50m,共11孔,跨径11-15m不等。该桥曾在、年和年大修,在两次世界大战中均有部分拱跨被毁后复原。

图3穆罕默德?帕夏?索科洛维奇桥

在古代伊朗,为同时满足水利和交通要求,曾习惯将挡水坝(可作为桥梁的基础)与桥梁建在一起。这样的桥梁也被称为“坝桥”。伊斯法罕的郝久古(Khāju)桥,就是这样的一座桥,其被视为伊朗古桥的优秀代表,见图4。

郝久古桥建于年左右,是在一座旧桥的基础上再建的。桥长m,宽12m,曾在年修缮。它不仅是一座桥梁,也是一道拦水坝,还是一座双层建筑。这桥有上下游两排,每排下层沿纵向设24个拱跨,两排间横向也用尖拱相连;每排上层建有若干带尖拱的房屋,中间为桥面通道。在桥中央处,设置两座凉亭,以便游人驻足赏景。

图4郝久古桥

类似的伊朗古桥,还有一些。伊斯法罕的阿拉威尔迪汗(AllahverdiKhan)桥,始建的年代更久远(年建成),规模更大(桥长.76m,总宽14.75m),也是双层建筑(未设凉亭),因下层有33个拱跨(最大5.6m)而被俗称为33孔桥,见图5。

图孔桥

在欧洲,建设最早的尖拱桥,应该就是泰晤士河上的伦敦老桥(OldLondonBridge,图6)了。伦敦老桥是指建于年、废于年的一座多跨石拱桥。最初它由19个尖拱和一跨木制吊桥组成,桥长-m之间,桥宽8m,拱跨5-10m不等。由此可知,欧洲的尖拱桥,大概始于13世纪。

图6伦敦老桥(18世纪的绘画作品)

西班牙的Vella桥(图7),是年在一座古罗马桥的基础上建造的。该桥年修复,年重建。全桥7孔,最大跨径43m,这大概是世界上跨度最大的尖拱桥了。

图7Vella桥

在法国,保存得最为完整的尖拱桥,是南部卡奥尔地区的瓦伦悌桥(PontValentré),见图8。这是一座带三座箭楼、6跨主孔的石拱桥。桥长m,宽5m,主孔跨径6×16.50m,年投入使用。

图8瓦伦悌桥

在葡萄牙,今天仍可见到尖拱桥和尖拱渡槽。规模较大的尖拱桥包括利马桥镇(PontedeLima)上的利马桥。这桥建于年,长约m,宽4m,16孔。在托马尔(Tomar)市附近,有一座长约6km、建于-年的Peg?es渡槽。渡槽的主体结构有30m高,分上下两层;上层有58孔半圆小拱,下层包括16个尖拱和其他半圆拱。

里斯本的阿瓜里弗(águasLivres)渡槽是18世纪葡萄牙最杰出的工程之一,见图9。渡槽主线长18公里,其中主体结构长m,最高65m,最宽29m,穿越阿尔坎塔拉山谷。主体结构由35个拱跨组成,包括14孔尖拱和21孔半圆拱,最大跨径33.7m,年建成,年退役。

从图9中见到的悬索桥,就是著名的“4月25日桥”。这是一座公铁两用桥,主跨.88m,建成于年。

图9阿瓜里弗渡槽

大概进入19世纪,尖拱石桥就慢慢退出西方桥梁舞台了。不过,在20世纪初期,仍有个别尖拱桥应用于铁路桥梁。图10a所示为法国南部的Séjourné高架桥。这是一座单线铁路石拱桥,桥长.7m,尖拱跨径30m,年建成。图10b所示为西班牙的Taboada高架桥,桥长m,结构为面饰石材的混凝土结构,半圆小拱跨径12m,尖拱跨径约30m,约完成于20世纪20年代。

图世纪初期的铁路尖拱桥

再来看看中国的情况。中国古代有无尖拱桥?有,但分布不广,数量很少。

中国古代的石拱桥,拱券形状主要是圆弧、半圆、椭圆等,但也有马蹄、尖顶、蛋圆、锅底和折边等形状。由名称可知,尖顶就是尖拱。不过,中国古代的尖拱,因两段圆弧的圆心相距较近,拱尖处较为平顺含蓄。

今天还可见到的古代尖拱桥,建造于明清时代,主要分布在湖北、湖南、四川、云南、贵州等地。

湖北的尖拱桥大都在武汉市黄陂区,包括张都桥、半河桥、青石桥、许桥等。张都桥始建于明万历四十一年(年),最后一次修缮是清道光年间。桥长20.5m、宽4.4m、高6.5m,孔径6.8m。

湖南的尖拱桥,包括澧县多安桥、凤凰三拱桥等。多安桥(省级文物保护单位)始建于清乾隆四十九年(年),嘉庆二十四年(年)重建,年因战争受损后修复。桥长m,宽8.7m,共11孔,最大跨径15m。

四川的尖拱桥,包括邛崃市平乐镇的乐善桥、剑门的剑溪桥、广元的铁龙桥等。乐善桥(省级文物保护单位,图11)始建于清同治元年(),为7孔石拱桥,红砂石砌筑,长m,宽10m,高9.3m。

图11邛崃乐善桥

云南的尖拱桥,主要集中在建水县,包括双龙桥、小石桥、永济桥、乡会桥、天缘桥、见龙桥等。双龙桥位于泸江河,塌冲河交汇处,始建于清乾隆年间。当时只在泸江河上建了3跨尖拱桥(图12中左侧3孔),后因河床变宽,在道光十九年(年)另建14孔,与已建的3孔石桥合为一体,并在桥中增建20m高的楼阁一座。这桥长m,宽3~5m,青石砌成,也称“十七孔桥”,为国家级文物保护单位。

图12建水双龙桥

贵州的尖拱桥,有福泉的葛镜桥、通远桥、皋阳桥和吴家桥,以及遵义普济桥、贵定瓮城桥等。名气最大的,当属福泉的葛镜桥(国家级文物保护单位),见图13。葛镜桥是明代平越里(今日福泉)人葛镜倾尽家财、耗费三十年时间所建。这桥建成于明万历四十七年(年),清康熙二年(年)修葺,迄今已有年历史。桥长52.7m,宽8.5m,高23m;3孔,净跨径分别为19.62m、12.30m和6.26m。

图13福泉葛镜桥

从现有资料看,中国自明朝起,才开始出现尖拱桥;而且,尖拱桥的建造,往往相对集中于一个不大的区域内。为何不见明朝之前建造的尖拱桥?中国的尖拱桥是本土产生的还是外来的?有兴趣的读者可对此展开研究。

当代“尖拱”桥

小标题中的“尖拱”被打上了引号,这是想表明:带有尖拱的当代桥梁,采用钢与混凝土建造,其与古代的实腹式砖石尖拱桥不可同日而语。若说两者之间还存在着什么联系的话,那就是拱券的外观有几分相似而已。

尖拱在当代桥梁中的应用,一是多跨连续梁与尖拱的组合,二是折边拱。

对“多跨连续梁与尖拱组合”的情况,可用尖拱跨越较宽的河流、沟谷或其他障碍,在大跨中创造出一个梁的支点,以维持梁高基本不变。这样,梁的构造得以简化,梁部线条也连续流畅。因为支点的竖向力仅仅作用在拱顶,受力合理的拱轴线就是倒V形。

另一方面,尖拱跨的抗推刚度较大,在尖拱顶部设置固定约束,则尖拱可分担更多的纵向水平力,由此减小各墩顶分担的纵向水平力,进而减少下部结构的材料用量,并让桥墩更为纤细。

德国首先在高铁桥梁中进行了尝试。8年,德国在汉诺威-维尔茨堡高铁线中建成Mülmisch高架桥(图14)。这桥全长m,桥高74m,桥宽14m,计15跨;预应力混凝土梁的标准跨长为58m,钢筋混凝土尖拱跨径约m(在支架上现浇施工)。

图14Mülmisch高架桥

另一个在高速公路和高铁桥梁中较多应用尖拱结构的国家,是西班牙。

图15所示,为西班牙的Narón河高架桥和ArroyodelValle高架桥。Narón河桥为高速公路混凝土桥,桥长m,桥宽13.1m,最高墩94m,拱跨95m(支架上现浇),梁跨47.5m,年建成。ArroyodelValle桥为高铁混凝土桥,桥长m,27跨,标准跨长为66m;拱跨m(在地面支架上半幅现浇,竖转提升就位),年建成。

图15西班牙的混凝土尖拱桥

类似的带“尖拱”的预应力混凝土梁桥,西班牙建造了近10座,如Seco河桥、Verde河桥、Arnoia高架桥、OExio高架桥、Barayo河桥等。共同的特点是:(1)拱跨多在百米以上,大约是标准梁跨的两倍,这样可使梁部的分跨长度相同;(2)拱轴线并未采用线条顺直的倒V形,而是让其两肋适当上凸,以抵消一部分混凝土重力产生的变位。

多跨连续梁与尖拱组合,也可采用混合结构的形式。图16所示为西班牙的Tera高架桥,位于马德里-加利西亚高铁线上,年建成。桥长m,桥宽14m,双线。预应力混凝土箱梁的分跨为60-75--75-60m,梁高4.4m。三角尖拱采用高强钢制造,跨径约m;拱肋横向尺寸3.0×8.0m,为外带倒角内置K撑的箱型截面。拱肋分为两半,各自靠桥墩竖向拼装,然后竖转下放至跨中合龙;混凝土箱梁采用顶推法施工,导梁长45m。

图16Tera高架桥

对“折边拱”的情况,多采用混凝土折边(或多边形)拱肋,当折边数为偶数时,就会形成一个拱尖。混凝土折边拱桥首先出现在20世纪60年代初的瑞士,如年建成的、跨径m的Reichenau公路桥。采用这种构造时,要求立柱放置在折点处。这样,可减少活载在折边拱内产生的附加弯矩。另外,直线折边也有利于制造。

图17是年西班牙开通的Ulla高架桥。桥长.5m,桥宽14m,高铁双线。预应力混凝土梁部的分跨为43.0-4x52.0-.0-3x52.0-42.5m,箱梁高3.89m。钢筋混凝土折边拱的跨径m,箱型拱肋截面尺寸3.5×7.7m。主跨部分的施工采用悬臂桁架法,拱肋在挂篮上逐段现浇,梁部在移动支架上分两层浇筑。

图17Ulla高架桥

年西班牙建成了Contreras高铁高架桥。这是一座钢筋混凝土折边拱桥,全长.25m,拱跨达m,是目前尖拱桥的跨度记录保持者。

除了用于桥跨结构之外,尖拱也曾用来装饰桥头堡或索塔,例如布拉格查理大桥的老城桥塔(OldTownBridgeTower)和纽约布鲁克林大桥的索塔。

进入21世纪后,在一些伊斯兰国家,建筑师采用尖拱对悬索桥和斜拉桥的桥塔进行美学处理。图18a为土耳其的亚武兹?苏丹?塞利姆大桥,主跨8m,斜拉-悬索组合体系,年开通;索塔采用意象的尖拱修饰。图18b为摩洛哥的穆罕默德六世大桥,主跨m,年开通;主塔采用融合了尖拱元素的空间三维曲线纺锤形造型。图18c为文莱的淡布隆跨海大桥,长30km,其通航孔斜拉桥的桥塔造型体现出浓郁的伊斯兰建筑风格。

图18尖拱造型的桥塔

结语

尖拱是拱的一个特例,它起源于西亚,借助伊斯兰文明而扩展开来。不过,尖拱在古代桥梁的应用,早于尖拱在伊斯兰建筑中的应用。

中外古代的尖拱石桥,跨度有限,数量也少,值得珍惜。近年来在德国、西班牙建造的带尖拱跨或折边拱的长大连续梁桥,为在宽深河谷建造受力合理、投资经济、美观大方的桥梁,提供了一种新的选择。

(作者注:本文参考了诸多文献资料,不一一列出,在此一并致谢!)

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