拱形拱面桥的优缺点

1）采用圆弧拱形式,改变了我国大石桥多为半圆形拱的传统,我国古代石桥拱形大多为半圆形,这种形式比较优美、完整,但也存在两方面的缺陷：一是交通不便,半圆形桥拱用于跨度比较小的桥梁比较合适,而大跨度的桥梁选用半圆形拱,就会使拱顶很高,造成桥高坡陡、车马行人过桥非常不便.二是施工不利,半圆形拱石砌石用的脚手架就会很高,增加施工的危险性.为此,李春和工匠们一起创造性地采用了圆弧拱形式,使石拱高度大大降低.赵州桥的主孔净跨度为37.O2米,而拱高只有7.25米,拱高和跨度之比为1:5左右,这样就实现了低桥面和大跨度的双重目的,桥面过渡平稳,车辆行人非常方便,而且还具有用料省、施工方便等优点.当然圆弧形拱对两端桥基的推力相应增大,需要对桥基的施工提出更高的要求.
（2）采用敝肩.这是李春对拱肩进行的重大改进,把以往桥梁建筑中采用的实肩拱改为敝肩拱,即在大拱两端各设两个小拱,靠近大拱脚的小拱净跨为3．8米,另一拱的净跨为2．8米.这种大拱加小拱的敝肩拱具有优异的技术性能,首先可以增加泄洪能力,减轻洪水季节由于水量增加而产生的洪水对桥的冲击力.古代**河每逢汛期,水势较大,对桥的泄洪能力是个考验,四个小拱就可以分担部分洪流,据计算四个小拱可增加过水面积16％左右,大大降低洪水对大桥的影响,提高大桥的安全性.其次敝肩拱比实肩拱可节省大量土石材料,减轻桥身的自重,据计算四个小拱可以节省石料26立方米,减轻自身重量700吨,从而减少桥身对桥台和桥基的垂直压力和水平推力,增加桥梁的稳固.第三增加了造型的优美,四个小拱均衡对称,大拱与小拱构成一幅完整的图画,显得更加轻巧秀丽,体现建筑和艺术的完整统一.第四符合结构力学理论,敝肩拱式结构在承载时使桥梁处于有利的状况,可减少主拱圈的变形,提高了桥梁的承载力和稳定性.
（3）单孔.我国古代的传统建筑方法,一般比较长的桥梁往往采用多孔形式,这样每孔的跨度小、坡度平缓,便于修建.但是多孔桥也有缺点,如桥墩多,既不利于舟船航行,也妨碍洪水宣泄；桥墩长期受水流冲击、侵蚀,天长日久容易塌毁.因此,李春在设计大桥的时候,采取了单孔长跨的形式,河心不立桥墩,使石拱跨径长达37米之多.这是我国桥梁史上的空前创举.
赵州桥不仅设计独特,而且建造技术也非常出色,有许多创造性.
（1）桥址选择比较合理,使桥基稳固牢靠.李春根据自己多年丰富的实践经验,经过严格周密勘查、比较,选择了**河两岸较为平直的地方建桥,这里的地层是由河水冲积而成,地层表面是久经水流冲涮的粗砂层,以下是细石、粗石、细砂和粘土层.根据现代测算,这里的地层每平方厘米能够承受4．5到6．6公斤的压力,而赵州桥对地面的压力为每平方厘米5——6公斤,能够满足大桥的要求.选定桥址后在上面建造地基和桥台,自建桥到现在,桥基仅下沉了5厘米,说明这里的地层非常适合于建桥.
（2）赵州桥的砌置方法新颖、施工修理方便.李春就地取材,选用附近州县生产的质地坚硬的青灰色砂石作为建桥石料,在石拱砌置方法上,均采用了纵向（顺桥方向）砌置方法,就是整个大桥是由28道各自独立的拱券沿宽度方向并列组合而成,拱厚皆为 1.O3米,每券各自独立、单独操作,相当灵活,每券砌完全合拢后就成一道独立拼券,砌完一道供券,移动承担重量的“鹰架”,再砌另一道相邻拱.这种砌法有很多优点,它既可以节省制作“鹰架”所用的木材,便于移动；同时又利于桥的维修,一道拱券的石块损坏了,只要嵌入新石,进行局部修整就行了,而不必对整个桥进行调整.
（3）在保持大桥稳定性方面采取了许多严密措施.为了加强各道拱券间的横向联系,使28道拱组成一个有机整体,连接紧密牢固,李春采取了一系列技术措施.l）每一拱券采用了下宽上窄、略有“收分”的方法,使每个拱券向里倾斜,相互挤靠,增强其横向联系,以防止拱石向外倾倒；在桥的宽度上也采用了少量“收分”的办法,就是从桥的两端到桥顶逐渐收缩宽度,从最宽9．6米收缩到9米,以加强大桥的稳定性.2）在主券上均匀沿桥宽方向设置了5个铁拉杆,穿过28道拱券,每个拉杆的两端有半圆形杆头露在石外,以夹住28道拱券,增强其横向联系.在4个小拱上也各有一根铁拉杆起同样作用.3）在靠外侧的几道拱石上和两端小拱上盖有护拱石一层,以保护拱石；在护拱石的两侧设有勾石6块,勾住主拱石使其连接牢固.4）为了使相邻拱石紧紧贴合在一起,在两侧外券相邻拱石之间都穿有起连接作用的“腰铁”,各道券之间的相邻石块也都在拱背穿有“腰铁”,把拱石连锁起来.而且每块拱石的侧面都凿有细密斜纹,以增大摩擦力,加强各券横向联系.这些措施的采取使整个大桥连成一个紧密整体,增强了整个大桥的稳定性和可靠性.
（4）赵州桥的桥*具特色.桥台是整座大桥的基础,必须能承受大桥主拱圈（桥身主体）轴而向力分解而成的巨大水平推力和垂直压力.赵州桥的桥台具有下述特点：l）低拱脚：拱脚在河床下仅半米左右；2）浅桥基：桥基底面在拱脚下1．7米左右；3）短桥台：由上至下,用逐渐略有加厚的石条砌成5米长、6．7米宽、9．6米高的桥台.这是一个既经济又简单实用的桥台.为了保障桥台的可靠性,李春采取了许多相应的固基措施.为了减少桥台的垂直位移（即由大桥主体的垂直压力造成的下沉）,李春采取了在桥台边打入许多木桩的措施,以此来加强桥台的基础；这种方法在今天的厂房、桥梁的建造上也经常采用.为了减少桥台的水平移动（即由大桥主体的水平推力造成的桥台后移）,李春采用了延伸桥台后座的办法,以抵消水平推力的作用.为了保护桥台和桥基,李春还在沿河一侧设置了一道金刚墙,一方面可以防止水流的冲蚀作用,另一方面金刚墙和桥基、桥台连成一体,增加了桥台的稳定性.由以上措施保证了大桥具有坚固的桥台,提高了大桥的坚实程度.
赵州桥的敝肩圆弧拱形式是我国劳动人民的一大创造,西方在14世纪才出现敝肩圆弧石拱桥,已经比我国晚了600多年.英国著名中国科学技术史专家李约瑟博士在其巨著《中国科学技术史》中曾经列举了26项从1世纪到18世纪先后由我国传到欧洲和其他地区的科学技术成果,其中的第18项就是弧形拱桥. 赵州桥建成后成为中国北南交通的要冲,有“坦途箭直千人过,驿使驰驱万国通”的美誉.舟船在桥下航行,人马车辆从桥上驶过,大大方便了交通运输和人民生活,为**河两岸人员来往提供了便利条件.
这座大桥自建成至今已有130O多年,这期间经历了8次以上地震的影响,8次以上战争的考验；承受了无数次人畜车辆的重压,饱经无数次风刀霜剑、冰雪雨水的冲蚀,却雄姿不减当年,仍巍然屹立在**河上.
解放以后,赵州桥被列为全国重点文物保护单位,有关部门对这一古代大桥进行了彻底维修,以保持其辉煌的历史地位.赵州桥已成为中国人民聪明智慧的象征和进行爱国主又、历史主又教育的场所. 赵州桥的建成在我国桥梁史上具有重要影晌,它的大跨度、圆弧拱、敝肩形式力以后的桥梁建设开创了新的天地.隋代以后,出现了杵多与赵州析相类似的大型拱桥,已经发现的就有十几座,如山西崞县的普济桥、晋城的景德桥、河北赵县的永通桥、济美桥等.赳州桥已经成为我国桥梁建设的典范.
然而象赵州桥这样突出的技术成就和象李春这样杰出的桥梁专家,在封建社会中并不为封建统治者所重视,甚至在史书中也没有留下多少痕迹,我们除了知道隋朝工匠李春设计建造了这座举世闻名的大桥外,其他却一无所知,不能不说是一个很大的遗憾.但是即使如此我们仍然坚信：李春作为一代桥梁专家和赵州桥作为一座历史名桥将永载祖国史册,为后人所牢记.