木拱桥的分类
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中国拱桥简史摘要:我国拱桥具有悠久的历史, 是我国从古至今最常用的一种桥梁形式,其式样之多,数量之大,为各种桥型之冠,许多现存的古代拱桥是人类文明遗产的重要组成部分。
拱桥作为一种古老的桥式以其跨越能力大、承载能力高、可用地方材料、造价经济、养护维修费用少、造型美观等特有的技术优势而成为建筑历史最悠久、竞争力较强,并且常盛不衰,不断发展的桥梁形式。
在中国各个历史时期,拱桥因其适合于中国国情与国人的审美习惯而得到充分的发展,创造出令世界瞩目的拱桥技术与文化。
本文将简要地将拱桥按建筑材料分类,简要地叙述的中国拱桥的发展历史与已取得的成就,并展望中国拱桥今后的发展趋势。
关键词:拱桥、建筑历史、桥梁一、拱桥的概念拱桥是以承受轴向压力为主的拱圈或拱肋作为主要承重构件的桥梁,拱结构由拱圈(拱肋)及其支座组成。
拱桥为桥梁基本体系之一,一直是大跨径桥梁的主要形式。
拱桥建筑历史悠久,20世纪得到迅速发展,50年代以前达到全盛时期。
古今中外名桥(如赵州桥、卢沟桥、悉尼港桥、克尔克桥等)遍布各地,在桥梁建筑中占有重要地位,适用于大、中、小跨径的公路桥和铁路桥,更因其造型优美,常用于城市及风景区的桥梁建筑。
二、拱桥的分类拱桥可用砖、石、混凝土等抗压性能良好的材料建造;大跨度拱桥则用钢筋混凝土或钢材建造,以承受发生的力矩。
按拱圈的静力体系分为无铰拱、双铰拱、三铰拱。
前二者为超静定结构,后者为静定结构。
无铰拱的拱圈两端固结于桥台,结构最为刚劲,变形小,比有铰拱经济,结构简单,施工方便,是普遍采用的形式,但修建无铰拱桥要求有坚实的地基基础。
双铰拱是在拱圈两端设置可转动的铰支承,结构虽不如无铰拱刚劲,但可减弱桥台位移等因素的不利影响,在地基条件较差和不宜修建无铰拱的地方,可采用双铰拱桥。
三铰拱则是在双铰拱的拱顶再增设一铰,结构的刚度更差些,拱顶铰的构造和维护也较复杂,一般不宜作主拱圈。
拱桥按结构形式可分为板拱、肋拱、双曲拱、箱形拱、桁架拱。
桥梁工程的分类桥梁工程是土木工程领域中的重要分支,用于连接两个分离的地点,使人们能够方便地穿越河流、道路或其他障碍物。
根据桥梁的结构形式、用途和材料等不同特征,桥梁工程可以分为多种分类。
一、按结构形式分类1. 梁桥:梁桥是最常见的桥梁形式,由于其简单的结构和施工方式,广泛应用于各种场景。
梁桥主要由梁体和支座组成,梁体负责承载荷载,支座用于连接梁体和桥墩。
2. 拱桥:拱桥是一种以曲线形拱体为主要结构形式的桥梁。
其特点是能够利用拱体的受力特性来承受桥梁上的荷载,具有较好的抗压能力。
拱桥常见的类型有圆拱桥、梯形拱桥等。
3. 斜拉桥:斜拉桥是一种以斜索为主要结构形式的桥梁。
斜拉桥的主要特点是梁体由大跨度的钢索吊装起来,通过索塔和锚固点将荷载传递到地基上。
斜拉桥常见的类型有斜拉索、斜拉桥和混合结构斜拉桥等。
4. 悬索桥:悬索桥是一种以主悬索为主要结构形式的桥梁。
悬索桥的主要特点是梁体由主悬索和次悬索组成,通过索塔将荷载传递到地基上。
悬索桥常见的类型有单塔单跨悬索桥、多塔多跨悬索桥等。
二、按用途分类1. 公路桥:公路桥是用于道路交通的桥梁,主要承载车辆和行人的通行。
公路桥的设计需要考虑到车辆荷载、行人通行安全以及防止洪水冲刷等因素。
2. 铁路桥:铁路桥是用于铁路交通的桥梁,主要承载铁路列车的荷载。
铁路桥的设计需要考虑到列车荷载、轨道的平顺性以及抗风性能等因素。
3. 步行桥:步行桥是专门为行人设计的桥梁,主要用于连接两个分离的地点,方便行人通行。
步行桥的设计需要考虑到行人的安全和舒适度。
4. 公铁两用桥:公铁两用桥是同时用于公路和铁路交通的桥梁,主要用于解决公路和铁路的交叉问题。
公铁两用桥的设计需要考虑到公路和铁路的特殊要求,确保两种交通方式的安全和顺畅。
三、按材料分类1. 钢桥:钢桥是以钢材为主要结构材料的桥梁,具有高强度、耐久性好的特点。
钢桥常见的类型有钢箱梁桥、钢拱桥等。
2. 砼桥:砼桥是以混凝土为主要结构材料的桥梁,具有良好的耐久性和抗震性能。
编木拱桥与编木拱梁桥的结构特点浅析编木拱桥与编木拱梁桥都是古代的一种特殊桥梁结构,它们在古代大型桥梁建筑中扮演着重要的角色。
这两种桥梁结构在构造方式、承重特点和使用范围等方面有着明显的区别。
本文将对编木拱桥与编木拱梁桥的结构特点进行浅析,以期加深对这两种古代桥梁结构的了解。
一、编木拱桥的结构特点编木拱桥是一种由木材编织而成的拱形结构的桥梁,具有以下主要结构特点:1. 拱形结构:编木拱桥的主要承重部分为拱形结构,这种结构能够将桥梁上方的荷载自然转移到桥墩上,从而保持桥梁的稳定性和承载能力。
拱形结构的特点是能够将压力分散到整个结构中,有效地减小了因受力而产生的应力集中,从而提高了整个桥梁的稳定性和承载能力。
2. 木材编织:编木拱桥的名称由来于其结构中所用的材料,即木材。
在古代,人们利用木条或树枝编织成拱形结构,然后再进行加固和砌筑。
这种结构方式既能够满足桥梁的承载需求,又能够节约材料和减少施工成本。
木材本身具有一定的韧性和抗压性,能够有效地承受外力的作用。
3. 施工方式:编木拱桥的施工方式相对简单,一般采用现场加工和现场拼装的方式进行。
施工人员可根据需要选择合适的木材进行加工,并进行编织和砌筑。
这种施工方式能够适应不同地形和气候条件,具有一定的灵活性和适应性。
4. 适用范围:编木拱桥主要用于跨越河流、沟渠和山谷等户外自然地形,一般适用于中小型桥梁。
由于其结构特点和施工方式的限制,编木拱桥的跨度一般不会太大,一般适用于跨度在10米至30米之间的桥梁。
1. 梁式结构:编木拱梁桥采用的是梁式结构,即将两个桥墩之间的跨度利用木梁横跨,形成梁式桥梁。
与拱形结构相比,梁式结构更加直线和简单,适用于一些平坦的地形和规则的跨度要求。
2. 木材编织:与编木拱桥类似,编木拱梁桥的结构中同样采用木材编织的方式进行构造。
木梁可以根据需要进行编织和加固,能够有效地承担横向荷载和垂直荷载,保证桥梁的稳定和承载能力。
编木拱桥与编木拱梁桥分别采用了拱形结构和梁式结构,其主要承载部分均为木材编织的结构。
编木拱桥与编木拱梁桥的结构特点编木拱桥和编木拱梁桥是两种常见的木质桥梁结构形式,它们在古代广泛应用于桥梁建设中。
虽然两者都是由木材构造的,但在结构特点上有一些明显的差异。
编木拱桥是一种使用编织木梁构件来形成桥体的结构。
它通常由一组拱形的梁组成,这些梁在桥的两端锁定在桥墩上,并且在中间有一个大的拱形梁连接。
编木拱桥的主要结构特点如下:1.拱形结构:编木拱桥的最大特点是采用了拱形结构,可以有效地分散桥墩的压力,使得力线得到良好的转移和传递,因此具有很好的承载能力。
2.编织木梁:编木拱桥的桥面多采用编织木梁的形式,即将多个木梁按照一定的规律编织在一起形成桥面。
这种结构使桥梁的受力更加均匀,同时也提高了桥梁的稳定性和坚固性。
3.木材构件:编木拱桥主要使用木材构件,包括桥墩和桥梁,因此它有很好的环保性和可持续性。
木材的使用可以有效地降低建造成本,同时也符合古代工艺的特点。
4.桥面铺装:编木拱桥的桥面一般需要进行铺装,以增加桥面的平稳度和舒适性。
一般来说,桥面的铺装材料可以选择木板或者石板等,以适应不同的使用需求。
编木拱梁桥是一种使用编织木梁和梁柱构件来形成桥体的结构。
它和编木拱桥的不同之处在于,编木拱梁桥主要采用了悬臂梁和支座梁的形式,通过梁柱相互支撑形成整体结构。
编木拱梁桥的主要结构特点如下:1.梁柱结构:编木拱梁桥的主要结构是梁柱结构,通过支座梁和悬臂梁相互支撑来形成整体结构。
这种结构使得编木拱梁桥在承载能力和稳定性方面都有很好的表现。
2.编织木梁:编木拱梁桥也采用了编织木梁的形式,但与编木拱桥不同的是,编木拱梁桥的编织梁主要用于梁柱的构建,而不是桥面的搭建。
编木拱梁桥的梁柱多为独立支撑的整体结构,可使整个桥梁更加稳定。
3.悬臂梁和支座梁:编木拱梁桥采用了悬臂梁和支座梁的结构形式。
悬臂梁的作用是为了增加桥梁的承载能力,并将荷载传递给桥墩或地基,而支座梁则用来支撑和固定悬臂梁和其他梁柱。
4.木材构件:同样,编木拱梁桥主要使用木材构件,包括悬臂梁、支座梁和其他木质梁柱。
木拱桥结构形式及中国编木拱技术研究价值刘君平;杨艳;陈宝春【摘要】木拱桥在桥梁史中占有重要的地位,文章主要对其发展历史和结构形式,特别是我国的编木拱桥进行了探讨.木拱桥拱肋结构形式可分为木肋、木桁肋、编木拱和其它4种.其中,木肋和木桁肋主要分布在欧洲,而编木拱仅在中国建有并大量留存.同时,肋拱和桁拱在其他材料拱桥中也有大量的应用,并不是木拱的特有形式,而中国编木拱结构形式在其他材料拱桥中并未见到.同时,编木拱相关试验结果与理论分析表明,其结构受力特点与现有结构力学分析结果存在较大差异,并不属于一般的二维平面或三维空间杆系结构.因此,开展编木拱的力学计算方法研究,对于发展结构力学理论也具有重要的理论意义.【期刊名称】《福建建筑》【年(卷),期】2017(000)009【总页数】6页(P65-70)【关键词】木拱桥;结构形式;中外;差异;编木拱;研究价值【作者】刘君平;杨艳;陈宝春【作者单位】福州大学土木工程学院福建福州 350116;福州大学土木工程学院福建福州 350116;福州大学土木工程学院福建福州 350116【正文语种】中文【中图分类】U443拱结构是人类桥梁史上最伟大的成就之一,有着极高的技术和美学价值。
木材作为天然的材料,在桥梁结构中的应用有着悠久的历史,许多国家都曾修建过木拱桥,但由于木拱桥易腐烂等种种原因,遗存数量不多,因此木拱桥并不被大众所熟悉。
但其实木拱的结构形式丰富多样,是木桥结构表现形式最为丰富的一种。
根据遗存的木拱桥结构形式,按拱肋形式大致可划分为4种:木肋、桁肋、编木拱肋和其它形式[1-2]。
木肋拱与桁肋拱主要分布在欧洲等地,这与欧洲在罗马时期的建筑文化渊源密切相关。
编木拱仅存于中国,主要与中国古代房屋结构的受力构件梁柱有关,受古代主流建筑的影响,主拱采用原木穿插的编木结构体系。
本文通过介绍中西方木拱桥结构形式,分析中西方木拱桥结构的差异,促进我国木结构桥梁的应用与发展,同时也希望推动编木拱桥计算理论模式的发展。
木拱桥的分类
“双三节苗”木拱桥木拱桥发展体系中的重要形式
表1 浙闽木拱桥类型
(1)木平梁桥
作为最简单原始的桥梁,由原木在河道的两端搭接即成。
从结构类型上,属于单跨梁式结构,以受弯方式承担桥面荷载。
单跨木平梁桥的跨度和承载力直接受到原木的长度和断面直径限制。
也是所有桥梁类型的原型。
(2)撑木桥
在桥面中间垂直支撑木柱,使跨河道的木料可以由数段组成。
结构形式为多跨连续梁。
较之使用整根木梁的多跨连续梁,使用数段梁体的撑木桥开始通过横梁(也就是木拱桥中的牛头)处理梁、柱的三方向交接的节点问题。
撑木桥早期的例子可见于宋代的绘画。
实物在浙闽山区并不多见。
可能由于崖涧、水流条件复杂,浙闽山区的多跨梁式桥以石墩、石柱为主,鲜有使用支撑木柱。
(3)斜撑木桥
在木平梁桥的基础上,将支撑柱斜向支撑于两岸。
桥面形态为多
跨平梁或微拱。
这种类型的出现,可能是由于环境原因,如河道过低或水流过急,不适于在撑木桥的河床中建立垂直立柱,而将立柱斜向两岸桥台的无奈之举。
在木拱廊桥发展体系中,木斜撑桥第一次出现了桥台和斜向支撑的使用。
(4)八字撑木拱桥
八字撑木桥外形与斜撑木桥相似,但是斜撑之间加平梁及牛头构成八字拱,支撑在平梁桥面之下。
这样形成了桥面与木拱的两套系统,结构更加稳定。
在木拱桥发展类型体系中,八字撑木桥第一次完整地构建了木拱桥独立于桥面结构的拱形系统——八字拱系统,也就是三五节苗木拱桥中的三节苗系统,因此八字撑木桥是浙闽木拱桥的雏形。
(5)混合撑木拱桥
在八字撑的基础之上,再加一组人字撑,形成八字撑和人字撑混合支撑的木桥。
这种混合支撑的木桥是木拱桥发展过程中的过渡形式。
目前有记录的是浙江省绍兴市的普济桥。
笔者尚未在传统意义上木拱桥的分布区域——浙闽山区发现这种桥的实例。
(6)双三节苗木拱桥
在木八字撑的基础之上,再加一套八字撑拱重合而成木拱桥,成为立面上剪刀式交叉的双三节苗形式。
从结构逻辑上说,这种结构与混合撑木拱桥有相似之处,都是在单一的支撑系统不足以承接桥面荷
载的情况下,叠加以第二套支持系统,且两套系统都可以独立稳定存在。
较之混合撑系统进步的双三节苗体系,第一次形成两个系统之间相互紧密挤压咬合的而作用成统一的结构体系,第一次体现了浙闽木拱桥“编织梁”的特点。
屏南造桥木匠黄春财将这种结构桥梁称作“半拱桥”。
(7)三五节苗木拱桥
将双三节苗体系的上三节苗系统增加一组牛头与一组斜苗,形成“五节苗系统”。
这样交错混合而成的木拱结构体系,便是浙闽最成熟也最为常见的编梁体系木拱桥结构。
在双三节苗木拱桥结构的发现之前,“浙闽木拱桥”通常被学者用以特指这种结构。
而双三节苗木拱桥的提出,使得有必要为这种结构寻找更加明确化的命名。
本文将这种结构称为“三五节苗木拱桥”。
双三节苗木拱桥第一次完整地构建了编织拱木拱桥的两个系统,纳入结构体系的第二组三节苗系统,并非以简单地“加法”叠入结构,而是用更加有机的“编织”结构与原有结构整合为一体。
两组系统并非独立受力,而是通过每一组系统自身牛头与对方节苗间的挤压咬合,有效地重新分配结构的受力,使两个系统成为一个整体。
闽浙木拱廊桥的建构技术解析
典型闽浙木拱廊桥模型
图1 为单跨典型木拱廊桥模型.根据闽浙木拱廊桥中的代表,以泰顺的三条桥、仙居桥、薛宅桥等( 图2) 为模板,取其最具代表性的基本结构、材料构造以及造型特征,通过计算机辅助设计技术建
模生成.木拱廊桥主要构成为: 廊屋、木拱桥桥体与桥台基座三大部分( 图3) .从图 3 可知: 廊屋包括屋面、廊屋木构梁架和廊屋风雨护板四部分; 木拱桥桥体包括桥面板、木拱桥构架和桥体风雨护板三部分; 桥台基座主要为河岸两侧的山石岩体或者砌石.
图1
表1 闽浙木拱廊桥分布一览表
浙闽木拱桥类型学研究_以桥板苗系统为视角
3 桥板苗的构造类型
3.1 桥板苗与五节苗系统结合
桥板苗与三节苗、五节苗系统的构造关系有若干不同的做法.图7 所示为常见的桥板苗斜苗与五节苗牛头衔接,其苗外端搭接在画眉梁上,内端或榫或搭在五节苗上牛头上( 做法1) .这种结构可以看作是桥板苗与五节苗系统的结合,是对桥板苗的处理中最为成熟、
简洁的做法,也是在过去的研究中受到关注最多的做法.
图7 梅崇桥结构示意图( 做法1)
3.2 桥板苗与三节苗系统结合
在泰顺、寿宁,可以见到少量桥板苗斜苗与三节苗牛头衔接( 做
法2,见图8) 的处理.这可看作是桥板苗系统纳入三节苗系统.在这种情况下,需要另行处理三节苗牛头与五节苗上牛头之间的间隔,以保证板面板的铺设.因此将三、五节苗牛头之间架以短苗.短苗的排布,或与五节苗平苗对位,或与桥板苗斜苗对位.实例有泰顺文兴桥、北涧桥、溪东桥,及景宁东坑上、下桥等.
3.3 双重桥板苗分别与三节苗、五节苗系统结合双重桥板苗做法如图9 所示( 做法3) .光绪年间的文献《分疆录》称: “三条桥在七都.此桥最古…”.文献同时记载该桥在清道光年间重建[8],光绪重建时可能保存了部分先前的用材及形制.因此双重桥板苗结构可能是一种早期做法的遗留.三条桥起主要结构作用的桥板苗仍然连接了画眉梁与三节苗牛头,但在这组桥板苗上,叠压了第 2 组桥板苗,内端直通五牛苗上牛头,外端一直延伸到接近画眉梁的位置,平搭在下层桥板苗上( 见图9) .作为一种相对保守的结构做法,第 2 组桥板苗一方面垫平了牛头之间的高差,另一方面控制三、五节苗牛头之间的位移,保证结构稳定.
图9 泰顺三条桥桥板苗双斜苗做法( 做法3) 以上 3 种构造类型中,桥板苗系统都需要与三节苗、五节苗系统共用平苗与牛头构件,并没有形成独立于三节苗、五节苗系统之外的完整形态.3. 4 桥板苗自成系统( 与三节苗、五节苗系统交织)做法4 是一种极特殊的结构,目前仅见于犀溪乡福寿桥.此桥中,桥板苗不再与三节苗、五节苗系统共用节点,而是形成了一个同样由3 段节苗、2个牛头组成的平缓的三折拱完整形态,与三节苗、五节苗系统交织在一起.福寿桥,又名坝头溪桥,位于犀溪村.建于清嘉庆十九( 1814) 年,民国十九( 1930) 年修葺.从立面观察,在福寿桥三节苗牛头上方,遮风板下,还藏有一组小牛头,即桥板苗牛头,叠在三节苗牛头上部偏内侧,其高度,位于三节苗牛头和五节苗牛头之间( 见图10( a) ) .从桥下向上仰视,可以清晰地看到,在桥身中段叠压着3 层粗大的结构构件( 见图10( b) ) .对应于3 组牛头的位置,从上向下分别是: 五节苗平苗、桥板苗平苗、三节苗平苗.
图10 福寿桥的三套系统( 做法4)
不同于浙闽木拱桥的通常做法,犀溪福寿桥的桥板苗并未纳入五节苗或三节苗系统中,而独立拥有一套牛头和桥板苗平苗,交织在三、五节苗系统之间,形成明确的第三系统( 见图11 和图12) .
图11 福寿桥剖面图
图12 福寿桥结构示意图
犀溪福寿桥提供了一种浙闽木拱桥研究的新视角: 桥板苗系统作为与三节苗、五节苗系统同等重要的第 3 套结构系统,纳入木拱桥的类型学讨论中。