第11章 桥梁发展史(1)

桥梁是道路的组成部分。从工程技术的角度来看，桥梁发展可分为古代、近代和现代三个时期。

古代桥梁人类在原始时代，跨越水道和峡谷，是利用自然倒下来的树木，自然形成的石梁或石拱，溪涧突出的石块，谷岸生长的藤萝等。人类有目的地伐木为桥或堆石、架石为桥始于何时，已难以考证。据史料记载，中国在周代（公元前11世纪—前256年）已建有梁桥和浮桥，如公元前1134年左右，西周在渭水架有浮桥。古巴比伦王国在公元前1800年建造了多跨的木桥，桥长达183米。古罗马在公元前621年建造了跨越台伯河的木桥，在公元前481年架起了跨越赫勒斯旁海峡的浮船桥。古代美索不达米亚地区，在公元前4世纪时建起挑出石拱桥（拱腹为台阶式）。

古代桥梁在17世纪以前，一般是用木、石材料建造的，并按建桥材料把桥分为石桥和木桥。

石桥石桥的主要形式是石拱桥。据考证，中国早在东汉时期（公元25—220年）就出现石拱桥，如出土的东汉画像砖，刻有拱桥图形。现在尚存的赵州桥（又名安济桥），建于公元605—617年，净跨径为37米，首创在主拱圈上加小腹拱的空腹式（敞肩式）拱。中国古代石拱桥拱圈和墩一般都比较薄，比较轻巧，如建于公元816—819年的宝带桥，全长317米，薄墩扁拱，结构精巧。

赵州桥

罗马时代，欧洲建造拱桥较多，如公元前200—公元200年间在罗马台伯河建造了8座石拱桥，其中建于公元前62年的法布里西奥石拱桥，桥有2孔，各孔跨径为24.4米。公元98年西班牙建造了阿尔桥，高达52米。此外，出现了许多石拱水道桥，如现存于法国的加尔德引水桥，建于公元前1世纪，桥分为3层，最下层为7孔，跨径为16—24米。罗马时代拱桥多为半圆拱，跨径小于25米，墩很宽，约为拱跨的三分之一。

罗马帝国灭亡后数百年，欧洲桥梁建筑进展不大。

11世纪以后，尖拱技术由中东和埃及传到欧洲，欧洲开始出现尖拱桥，如法国在公元1178—1188年建成的阿维尼翁桥，为20孔跨径达34米尖拱桥。英国在公元1176—1209年建成的泰晤士河桥为19孔跨径约7米尖拱桥。西班牙在13世纪建了不少拱桥，如托莱多的圣玛丁桥。拱桥除圆拱、割圆拱外，还有椭圆拱和坦拱。公元1542—1632年法国建造的皮埃尔桥为七孔不等跨椭圆拱，最大跨径约32米。当时椭圆拱曾盛行一时。1567—1569在佛罗伦萨的圣特里尼塔建了三跨坦拱桥，其矢高同跨度比为1∶7。11—17世纪建造的桥，有的在桥面两侧设商店，如意大利威尼斯的里亚尔托桥。

石梁桥是石桥的又一形式。中国陕西省西安附近的灞桥原为石梁桥，建于汉代，距今已有2000多年。公元11—12世纪南宋泉州地区先后建造了几十座较大型石梁桥，其中有洛阳桥、安平桥。安平桥（五里桥）原长2500米，362孔，现长2070米，332孔。英国达特穆尔现存的石板桥，有的已有2000多年。

木桥早期木桥多为梁桥，如秦代在渭水上建的渭桥，即为多跨梁式桥。木梁桥跨径不大，伸臂木桥可以加大跨径。

中国3世纪在甘肃安西与新疆吐鲁番交界处建有伸臂木桥，“长一百五十步”。公元405—418年在甘肃临夏附近河宽达40丈处建悬臂木桥，桥高达50丈。八字撑木桥和拱式撑架木桥亦可以加大跨径。16世纪意大利的巴萨诺桥为八字撑木桥。

木拱桥出现较早，公元104年在匈牙利多瑙河建成的特拉杨木拱桥，共有21孔，每孔跨径为36米。中国在河南开封修建的虹桥，净跨约为20米，亦为木拱桥，建于公元1032年。日本在岩国锦川河修建的锦带桥为五孔木拱桥，建于公元300年左右，是中国僧戴曼公独立禅师帮助修建的。

中国西南地区有用竹篾缆造的竹索桥。著名的竹索桥是四川灌县珠浦桥，桥为8孔，最大跨径约60米，总长330余米，建于宋代以前。

古代桥梁基础，在罗马时代开始采用围堰法施工，即打木板桩成围堰，抽水后在其中修筑桥梁基础和桥墩。

1209年建成的英国泰晤士河拱桥，其基础就是用围堰法修筑，但是，那时只能用人工打桩和抽水，基础较浅。中国11世纪初，著名的洛阳桥在桥址江中先遍抛石块，其上养殖牡蛎二三年后胶固而成筏形基础，是一个创举。

近代桥梁18世纪铁的生产和铸造，为桥梁提供了新的建造材料。但铸铁抗冲击性能差，抗拉性能也低，易断裂，并非良好的造桥材料。19世纪50年代以后，随着酸性转炉炼钢和平炉炼钢技术的发展，钢材成为重要的造桥材料。钢的抗拉强度大，抗冲击性能好，尤其是19世纪70年代出现钢板和矩形轧制断面钢材，为桥梁的部件在厂内组装创造了条件，使钢材应用日益广泛。

18世纪初，发明了用石灰、粘土、赤铁矿混合煅烧而成的水泥。19世纪50年代，开始采用在混凝土中放置钢筋以弥补水泥抗拉性能差的缺点。此后，于19世纪70年代建成了钢筋混凝土桥。

近代桥梁建造，促进了桥梁科学理论的兴起和发展。

1857年由圣沃南在前人对拱的理论、静力学和材料力学研究的基础上，提出了较完整的梁理论和扭转理论。这个时期连续梁和悬臂梁的理论也建立起来。桥梁桁架分析（如华伦桁架和豪氏桁架的分析方法）也得到解决。19世纪70年代后经德国人K.库尔曼、英国人W.J.M.兰金和J.C.麦克斯韦等人的努力，结构力学获得很大的发展，能够对桥梁各构件在荷载作用下发生的应力进行分析。这些理论的发展，推动了桁架、连续梁和悬臂梁的发展。

19世纪末，弹性拱理论已较完善，促进了拱桥发展。20世纪20年代土力学的兴起，推动了桥梁基础的理论研究。

近代桥梁按建桥材料划分，除木桥、石桥外，还有铁桥、钢桥、钢筋混凝土桥。

木桥16世纪前已有木桁架。1750年在瑞士建成拱和桁架组合的木桥多座，如赖谢瑙桥，跨径为73米。在18世纪中叶至19世纪中叶，美国建造了不少木桥，如1785年在佛蒙特州贝洛兹福尔斯的康涅狄格河建造的第一座木桁架桥，桥共二跨，各长55米；1812年在费城斯库尔基尔河建造的拱和桁架组合木桥，跨径达104米。桁架桥省掉拱和斜撑构，简化了结构，因而被广泛应用。由于桁架理论的发展，各种形式桁架木桥相继出现，如普拉特型、豪氏型、汤氏型等。由于木结构桥用铁件量很多，不如全用铁经济，因此，19世纪后期木桥逐渐为钢铁桥所代替。

铁桥包括铸铁桥和锻铁桥。铸铁性脆，宜于受压，不宜受拉，适宜作拱桥建造材料。世界上第一座铸铁桥是英国科尔布鲁克代尔厂所造的塞文河桥，建于1779年，为半圆拱，由五片拱肋组成，跨径30.7米。锻铁抗拉性能较铸铁好，19世纪中叶跨径大于60—70米的公路桥都采用锻铁链吊桥。铁路因吊桥刚度不足而采用桁桥，如1845—1850年英国建造布列坦尼亚双线铁路桥，为箱型锻铁梁桥。19世纪中以后，相继建立起梁的定理和结构分析理论，推动了桁架桥的发展，并出现多种形式的桁梁。

但那时对桥梁抗风的认识不足，桥梁一般没有采取防风措施。1879年12月大风吹倒才建成18个月的阳斯的泰湾铁路锻铁桥，就是由于桥梁没有设置横向连续抗风构。

中国于1705年修建了四川大渡河泸定铁链吊桥。桥长100米，宽2.8米，至今仍在使用。欧洲第一座铁链吊桥是英国的蒂斯河桥，建于1741年，跨径20米，宽0.63米。1820—1826年，英国在威尔士北部梅奈海峡修建一座中孔长177米用锻铁眼杆的吊桥。这座桥由于缺乏加劲梁或抗风构，于1940年重建。世界上第一座不用铁链而用铁索建造的吊桥，是瑞士的弗里堡桥，建于1830—1834年、桥的跨径为233米。这座桥用2000根铁丝就地放线，悬在塔上，锚固于深18米的锚碇坑中。

1855年，美国建成尼亚加拉瀑布公路铁路两用桥。这座桥是采用锻铁索和加劲梁的吊桥，跨径为250米。1869—1883年，美国建成纽约布鲁克林吊桥，跨度为283+486+283米。这些桥的建造，提供了用加劲桁来减弱震动的经验。此后，美国建造的长跨吊桥，均用加劲梁来增大刚度，如1937年建成的旧金山金门桥（主孔长为1280米，边孔为344米，塔高为228米），以及同年建成的旧金山奥克兰海湾桥（主孔长为704米，边孔为354米，塔高为152米），都是采用加劲梁的吊桥。

1940年，美国建成的华盛顿州塔科玛海峡桥，桥的主跨为853米，边孔为335米，加劲梁高为2.74米，桥宽为11.9米。这座桥于同年11月7日，在风速仅为67.5公里/小时的情况下，中孔及边孔便相继被风吹垮。这一事件，促使人们研究空气动力学同桥梁稳定性的关系。