中國古橋是古代建筑、古代力學、古代雕塑和藝術的結合,古橋是功用和審美相結合的,通過橋拱、橋墩、橋梁共同組成了橋,通過這些關鍵點體現了中國古橋的結構特點。
古橋根據結構分為拱橋、索橋和梁橋,一般是木橋和石頭建造的古橋。
梁橋
梁橋是我國最早的人工橋梁,古代梁橋主要有兩種形式,木梁橋和石梁橋。木梁古橋有單向伸臂梁橋和雙向伸臂梁橋。石梁橋是以橋墩為石柱和支撐點,后來發展用石材砌筑的石墩,石梁橋在宋代取得了輝煌的成就。
拱橋
我國在東漢已經有拱橋了,在我國拱橋的發展過程中,有敞肩結構的石拱橋、聯孔石拱橋、還有木拱橋。
趙州橋是我國現存最古老的敞肩圓弧結構的石拱橋。由于古代技術和材料限制,石拱的單孔跨距有限,在寬闊的河面上建筑了多孔聯拱結構的古代石橋。聯拱石橋根據南北差異,北方建造古橋采用厚墩聯拱石橋,南方用薄墩聯拱石橋。
木拱橋是以木梁為單位,是我國古代橋梁的獨創結構,其構思巧妙,有浮橋、索橋等木橋結構。
梁
梁是我國古代橋梁上部結構主要的承載構件,古代建筑材料多為木石、抗拉強度較低,如何提高橋梁的承載力、是我國古代工匠最關心的問題,科學總結出根梁的高寬比例最佳是3:2
拱
中國古代建筑工程取得有關拱的力學成就,在古代橋梁建設上表現的尤為突出。
(1)彈性拱二線重合原理的體現
趙州橋的高度體現了這個理論,自重作用下該橋拱軸線與其恒載壓力線十分接近,最大偏差約0.14m。
(2)重視拱上構造的整體作用
中國古代橋工程中非常重視拱橋拱腹填料在結構上的作用,對拱背填土的配料、夯實有嚴格的規定,使整個拱橋在手里特征上近似于符合次啊了構成的變截面梁,很多古橋破壞后殘余半孔而不墜就說明了這個問題。
半圓拱和薄拱是中國古橋常見的結構形式,如果按照現代拱橋理論計算,它們承擔的活荷載的能力非常有限,實際上許多古代的橋梁至今尚能通過載重汽車。
(3)多鉸拱
多鉸拱是我國古代橋工的另個一重要創造,多鉸拱拱石之間聯接方式近似鉸,當基礎產生不均勻沉降或承受非常對稱時,拱圈形狀能根據受力狀態進行調整,使拱軸線與恒載壓力線甚為接近,保證了橋的穩定性。
古橋下部結構力學特點
(1)橋墩
最早的橋墩是木柱墩,為提高木柱墩的穩定性,早在公元前六世紀,我國出現了原始的打樁機,鐵椎、摩擦樁和端承樁技術的應用。
橋墩分為排架墩和柔性墩,是中國古橋的兩種輕型橋墩。柔性墩主要用于薄墩聯拱石橋中,當拱圈受力變形時,柔性墩隨之也發生變形,一孔受載,全橋承擔,每個柔性墩承受相鄰拱圈傳來的水平推力并保持平衡。其中一孔破壞后,相鄰的柔性墩將承受單向推力,因為其抗推剛度有限,柔性墩失去平衡而破壞,由此引起的連鎖反應,可以毀掉全橋,為避免全局性破壞,柔性墩聯拱石橋中每隔一定數目的柔性墩必須設置一個足以平衡的單向推力的制動。
(2)基礎
撞機是提高橋基承載力的有效手段之一,筏基礎有長石堤和睡木沉基。