第11课《中国石拱桥》教学设计(人教新课标八年级上)

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名称 第11课《中国石拱桥》教学设计(人教新课标八年级上)
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资源类型 教案
版本资源 人教版(新课程标准)
科目 语文
更新时间 2009-12-31 20:10:00

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《中国石拱桥》教学设计
【教学目标】
1.学习了解中国石拱桥的特点。
2.学习举例子的说明方法以及运用的规律。
3.学习本文的写作顺序。
4.学习体会语言的准确性特点,学会品析说明文语言准确性的方法。
【教学重难点】
1.学习举例子的说明方法的运用规律。
通过比较赵州桥与卢沟桥的特点异同,让学生了解说明文中举例子说明方法的运用应该注意的两个规律,即一是被说明对象有几种类型,一般说来,就应相应地举出几个例子;二是在说明文中举例子的时候,必须考虑所举例子的代表性,代表性的标准之一,就是所举例子一定要具备被说明对象的共同特征。
2.学会分析说明文语言准确性的方法。
说明文的语言具有科学性、准确性的特点,而本文语言在准确性上更突出,因而将分析本文语言准确性作为本课教学的一个重点。分析语言时,教师要引导学生总结分析的方法,教会学生用“删除法”来品析语言的准确性。
【课时安排】二课时
【教学流程】
第一课时
一、桥的解释导入
在我们的生活中处处都有桥,同学们都见过什么样的桥呢?
学生七嘴八舌答:公园里的九曲桥,长江大桥,河上的一般桥,立交桥,江南的小桥等等。
同学们见过形形色色的桥,请你用一句话解释什么是桥?
学生思考回答。
你们知道我国著名桥梁专家茅以升是如何解释桥的么?他风趣地将桥解释为“桥是经过放大的一条板凳” 。多么形象的解释啊!在各种不同形式的桥梁当中,主要有梁桥、拱桥、吊桥三大类型,而拱桥极为常见。今天我们就来共同学习茅以升写的一篇说明文《中国石拱桥》。
二、明确学习目标
1.了解被说明事物的特点。
2.学习举例子说明方法的运用。
三、研读课文,总结举例子说明方法的运用规律
1.自读全文,添加修饰成分。
自读课文,感知文章内容,在题目“中国石拱桥”前面添加修饰成分。分析时,要结合课文内容阐述理由。
2.概括特点。
在添加修饰成分的基础上,请学生概括中国石拱桥的特点是什么?
中国石拱桥的特点:形式优美;结构坚固;历史悠久;到处都有;大小不一,形式多样。其中前三点是其最主要的特点。
3.分析说明方法,总结运用规律。
(1)为了说明中国石拱桥的特点,作者采用了什么说明方法?
学生思考回答。举例子的说明方法。举赵州桥和卢沟桥两座桥的例子。
(2)展示赵州桥和卢沟桥的图片,讲中国石拱桥的特点,为什么举赵州桥和卢沟桥这两座桥为例子呢?
学生观察回答。赵州桥是独拱桥,卢沟桥是联拱桥。两座桥类型不同,所以举这两座桥。
(3)你能否从中总结出说明文举例子说明方法的运用规律吗?
请学生总结。说明文运用举例子说明方法时,被说明对象有几种类型,一般说来就应该相应地举出几个例子。
四、重点研读赵州桥和卢沟桥部分
1.朗读文章,比较相同特点。
(1)请男生和女生分别朗读课文赵州桥和卢沟桥两个部分,边读边思考两座桥的共同特点是什么?
学生思考回答。都共同体现了中国石拱桥:①形式优美;②结构坚固;③历史悠久的特点。
(2)请学生结合课文内容具体说明。
学生比较分析。赵州桥:修建于公元605年左右,到现在已经一千三百多年了。卢沟桥:修建于1189到1192年间。可见两座桥历史悠久。赵州桥:建成后一直使用到现在还保持着原来的雄姿。足见其坚固。
教师插入追问:为什么它能这么坚固,一直使用到今天呢?有没有什么原因?
学生思考回答。因为它有两个独特的设计,一是,大拱的两肩上,各有两个小拱。这个创造性的设计不但减轻了桥身的重量,关键在于增加了桥洞的过水量,在河水暴涨的时候,减轻了洪水对桥身的冲击。二是,大拱由二十八道拱圈拼成,每道拱圈都能独立支撑上面的重量,一道坏了,其他各道不致受到影响。
教师继续追问:这两个独特的设计在写作顺序上能否颠倒位置呢?
学生思考回答。不能。大拱的两肩上,各有两个小拱。这是赵州桥首创的肩拱的主要特点,而大拱由二十八道拱圈拼成,则其他拱桥也有并列砌筑的。所以按其特点大小作为列举的顺序。不能颠倒。
教师继续追问:说明文在安排写作顺序说明事物特点原因时,常常采用由主到次,由大到小的写作顺序,请从本文中再举一个例子。
学生思考回答。在介绍我国石拱桥取得光辉成就的原因时,首先、其次、再其次,采用的就是由主到次的写作顺序。
请学生继续分析两座桥的特点。
卢沟桥:永定河发水时来势很猛,以前两岸河堤常被冲毁,但是这座桥却极少出事,足见它的坚固。
教师插入追问:这是用了什么方法说明它的坚固?
学生思考回答。作比较。拿两岸河堤和卢沟桥作比较突出卢沟桥的坚固。赵州桥:全桥结构匀称,和四周景色配合和谐;桥上石栏石板雕刻得古朴美观。卢沟桥:每个柱头上都雕刻着不同姿态的狮子,千态万状,惟妙惟肖。都体现了中国石拱桥的形式优美。
(3)中国石拱桥很多,除两座桥结构不同外,为什么作者单单举这两座桥为例来说明中国石拱桥的特点呢?总结举例子说明方法运用规律二。
那是因为这两座桥都共同体现了中国石拱桥的总特点。
请同学们根据以上分析,总结归纳一下,举例子说明方法在运用时的第二个规律是什么?
学生思考回答。在说明文中举例子的时候,必须考虑所举例子的代表性。代表性的标准之一,就是所举例子一定要具备被说明对象的共同特征。
2.探究思考,比较不同点。
两座桥都共同体现了中国石拱桥的特点,但在说明时作者写作角度又各有所侧重,请认真阅读文章比较两座桥写作上不同的侧重点。
学生思考回答。赵州桥:侧重介绍四个特点,因为这是赵州桥与其他桥最突出的区别,有许多特点是赵州桥独有的所以重点介绍。卢沟桥:侧重介绍狮子的雕刻优美,桥与四周景色的配合,突出形式上的美。另外单独介绍其在历史上的纪念意义,突出其历史价值。
总结,不同的桥的共性之外总有其个性,因而说明事物时即要抓住共性同时又要体现个性,才能在说明事物特点时互为补充,相得益彰。
五、了解我国石拱桥的新发展、新创造
解放以后我国石拱桥又有哪些新发展、新创造呢?
学生看书后回答。建成了世界上最长的独拱石桥,建造了大量的钢筋混凝土拱桥,其中“双曲拱桥”是新创造。
教师展示三维动画双曲拱演示,告诉学生双曲拱类似自行车的泥瓦造型,目的是更加坚固。
六、总结
1.归纳特点。
通过阅读,我们了解了中国石拱桥的特点。
(1)形式优美。
(2)结构坚固。
(3)历史悠久。
(4)到处都有。
(5)大小不一,形式多样。
其中前三点是其最主要的特点。
2.归纳规律。
通过本课学习我们总结出了举例子说明方法运用的两个规律。即,一是,说明文运用举例子说明方法时,被说明对象有几种类型,一般说来就应相应地举出几个例子。二是,在说明文中举例子的时候,必须考虑所举例子的代表性。代表性的标准之一,就是所举例子一定要具备被说明对象的共同特征。
第二课时
一、明确学习目标
本节课我们重点学习本文的说明顺序和学习体会本文说明语言的准确性。
二、理清说明顺序
1.说明文的说明顺序通常有哪三种?
学生回答。时间顺序、空间顺序、逻辑顺序。
2.本文重要采用哪一种说明顺序呢?请结合文章内容具体说明。
学生思考回答。本文主要采取逻辑顺序进行说明。
具体体现在:
(1)从概括到具体。文章开篇介绍中国石拱桥的特点是概括介绍,以赵州桥和卢沟桥为例来具体说明是具体介绍。好处是既给读者以整体特点,又给人具体形象的感受,印象深刻。
(2)由主到次,由大到小。介绍赵州桥特点(二)和(三)时,按由大到小的顺序安排两个特点;介绍取得光辉成就的原因时,按由主到次的顺序安排三个原因。好处是主次分明,重点突出。
三、品析语言,学习方法
1.分组合作,品析语言。
(1)说明文语言要求科学而准确,可我在读课文时却发现本文有许多地方语言很不准确。例如“《水经注》里提到的‘旅人桥’,大约建成于公元282年,可能是有记载的最早的石拱桥了。”一句中的“大约、可能”,这些词,明明都不确切,怎能说准确呢,应该都删掉,这样语言就准确了,你们同意老师的意见么?
学生可能回答:不同意。
教师追问:为什么?谁能讲讲理由。
讨论使学生明确:“大约、可能”在这里表示不确定,只是推测的情况。是作者根据已有资料记载进行的推测。删去后变成确切的时间和准确的记载反而与客观事实不符合,说明不准确,不科学了。所以不能删掉。
教师追问:在这里我们用了什么方法来分析语言的准确性?
明确:“删除法”。
(2)本文还有类似的语言情况吗?请同学们以四人小组为单位,互相合作。在文中画出这样的句子,用“删除法”试着分析它的准确性。
四人小组合作,互相帮助画出句子,在小组交流各自的分析。
四人小组代表在班级发言。
文中语言准确性句子举例。
① “大拱的两肩上,各有两个小拱”中的“各”字使用准确。“各”表示在大拱的两肩上分别有两个小拱共四个,去掉“各”后,意思变为只有两个小拱,数量少了。与客观事实不符合,语言表达不准确。
②“大拱由28道拱圈拼成”中“拼成”一词使用准确。意思是拼合而成,表示28道拱圈并列砌筑的特点,正因如此,其中的一道坏了其他各道才不会受到影响。
教师追问:将“拼成”换成“组成”行不行?
学生思考回答。不行。因为“组成”组合而成,不是并列砌筑,因而一道坏了其他各道都会受到影响,不符合赵州桥的设计特点因而不行。
学生小组继续发言。
③“路面平坦,几乎与河面平行”中“几乎”一词使用准确。“几乎”表示程度,指桥面的平坦程度,将几乎去掉后,变成桥与水面平行不符事实,语言表达不准确。等等。
2.归纳方法,总结技巧。
(1)各小组找到不少语言使用准确的例子,分析得也很好。请同学们从这些例子分析中总结一下,看看分析说明文语言的准确性有没有方法技巧?
学生思考回答。
①分析说明文语言的准确性的方法技巧。
②分析说明文语言准确性可以采用两种方法,一是“删除法”;二是“替换法”。
分析说明文语言使用准确时可以按“四步骤分析法”分析,即,一步指出词语表示意思或作用,例如表频率、表范围、表程度、表数量、表猜测、表时间等。二步结合具体语境分析在句中意思作用。三步指出删去或调换后句意的变化。四步总结指出不符事实,语言表达不准确。
(2)我们知道了如何分析词语准确性,可结合文章我们该重点抓住什么样的词语来分析它们使用上的准确性呢?
学生思考回答。抓住一句话中起修饰限制作用的词语进行分析。例如:“这些桥大小不一,形式多样,有许多是惊人的杰作”一句中“有许多”在文中起限制作用,就应重点分析它的准确性等。
四、总结全文
通过本篇文章的学习,我们重在掌握学习说明文的方法,即学习举例子说明方法运用的规律,学习分析语言准确性的技巧方法。希望同学们将本课学习到的方法运用到以后的说明文学习和写作中。
【资料宝藏】
1.桥梁之父茅以升介绍
茅以升(1896-1989)男,中共党员,江苏省镇江市人。桥梁学家、教育家、社会活动家。早年留学美国,其博士论文《桥梁桁架之次应力》的科学创见被称为“茅氏定律”。1921年回到祖国,先后主持设计和建造了我国第一座由中国人民自己设计并主持建造的近代化铁路公路两用桥——钱塘江大桥;参加了新中国第一座现代化的大桥——武汉长江大桥的建造,并担任中外专家技术顾问委员会主任委员;参加了人民大会堂的建造,并担任人民大会堂结构审查组组长;主持修撰了《中国古代桥梁史》。他还为我国铁路运输生产建设提供了大量科研成果,培养了大批人才。他是中国近代桥梁工程学的重要奠基人。
2.中国古代桥梁形式简介
中国古代桥梁形式多样,在建筑上极富特色。从结构与造型上,可以分为拱式桥、梁式桥、索桥、浮桥、悬臂桥等。古代遗留下来的石拱桥数量很多,其中最著名的当属赵州桥。除此之外,还有一些石拱桥也很有名,如金代建造的北京卢沟桥,明末建造的江西南城万年桥、永丰思江桥,清代建造的清漪园十七孔桥。
3.赵州桥相关知识介绍
1.赵州桥的传说。
古时候的赵州,就是现在河北的赵县。赵州有两座石桥,一座在城南,一座在城西。城南的大石桥,看去像长虹架龙,在河上,壮丽雄伟。民间传说,这座大石桥是鲁班修的;城西的小石桥,看去像浮游在水面上的一条小白龙活灵活现,传说这座小石桥是鲁班的妹妹鲁姜修的。这两座桥修得可好啦!舞台上演《小放牛》,还有这样的唱词:“赵州石桥鲁班爷爷修,玉石的栏杆圣人留,张果老骑驴桥上走,柴王爷推车轧了一道沟。”这里就唱到了鲁班修赵州桥的传说。
相传,鲁班和他的妹妹周游天下,走到赵州,一条白茫茫的河拦住了去路。河边上推车的,担担的,卖葱的,卖蒜的,骑马赶考的,拉驴赶会的,闹闹攘攘,争着过河进城。河里只有两只小船摆来摆去,半天也过不了几个人。鲁班看了,就问:“你们怎么不在河上修座桥呢?”人们都说:“谁修呀,打着灯笼,也找不着这样的能工巧匠!”鲁班听了心里一动,看到这河又宽、水又深、浪又急,便和鲁姜商量好,要为来往的行人修两座桥。
鲁班对妹妹说:“咱先修大石桥后修小石桥吧!”
鲁姜说:“行!”
鲁班说;“修桥是苦差事,你可别怕吃苦啊!”
鲁姜说:“不怕!”
鲁班说:“不怕就好。你心又笨,手又拙,再怕吃苦就麻烦了。” 这一句话把鲁姜惹得不高兴了。她不服气地说:“你甭直嫌我心笨手拙,今个儿,咱俩分开修,你修大的,我修小的,和你赛一赛,看谁修得快,修得好。”
鲁班说:“好,赛吧!啥时动工,啥时修完?”
鲁姜说:“天黑出星星动工,鸡叫天明收工。”一言为定,兄妹分头准备。
鲁班不慌不忙溜溜达达往西向山里走去了。鲁姜到了城西,急急忙忙就动手。她一边修一边想:甭忙,非把你拉下不可。果然,三更没过,就把小石桥修好了。随后她悄悄地跑到城南,看看她哥哥修到什么样子了。来到城南一看,河上连个桥影儿也没有。鲁班也不在河边。她心想哥哥这回输定了。可扭头一看,西边太行山上,一个人赶着一群绵羊,蹦蹦窜窜地往山下来了。等走近了一看,原来赶羊的是她哥。哪是赶的羊群呀,分明赶来的是一块块像雪花一样白、像玉石一样光润的石头,这些石头来到河边,一眨眼的功夫就变成了加工好的各种石料。有正方形的桥基石,长方形的桥面石,月牙形的拱圈石,还有漂亮的栏板。美丽的望柱,凡桥上用的,应有尽有。鲁姜一看心里一惊,这么好的石头造起桥来该有多结实呀!相比之下,自己造的那个不行,需要赶紧想法补救。重修来不及了,就在雕刻上下功夫盖过他吧!她悄悄地回到城西动起手来,在栏杆上刻了盘古开天、大禹治水,又刻了牛郎织女、丹凤朝阳。什么珍禽异兽、奇花异草,都刻得像真的一样。刻得鸟儿展翅能飞,刻得花儿香味扑鼻。她自己瞅着这精美的雕刻满意了,就又跑到城南去偷看鲁班。乍一看呀,不仅惊叫了一声。天上的长虹,怎么落到了河上?定神再仔细一瞅,原来哥哥把桥造好了,只差安好桥头上最后的一根望柱。她伯哥哥打赌赢了,就跟哥哥开了个玩笑。她闪身蹲在柳棵子后面,捏住嗓子伸着脖,“咕咕哏——”赶忙把最后一根学了一声鸡叫。这她这一叫,引得附近老百姓家里的鸡也都叫了起来。鲁班听见鸡叫,望柱往桥上一安,桥也算修成了。
两座桥,一大一小,都很精美。鲁班的大石桥,气势雄伟,坚固耐用;鲁姜修的小石桥,精巧玲瑰,秀丽喜人。赵州一夜修起了两座桥,第二天就轰动了附近的州衙府县。人人看了,人人赞美。能工巧匠来这里学手艺,巧手姑娘来这里描花样。每天来参观的人,像流水一样。这件奇事很快就传到了蓬菜仙岛仙人张果老的耳朵里。这张果老不信,他想鲁班哪有这么大的本领!使邀了柴王爷一块要去看个究竟。张果老骑着一头小黑毛驴,柴王爷推着一个独轮小推车,两人来到赵州大石桥,恰巧遇见鲁班正在桥头上站着,望着过往的行人笑哩!张果老问鲁班:“这桥是你修的吗?”鲁班说:“是呀,有什么不好吗?”张果老指了指小黑驴和柴王爷车说:你们这小驴“我们过桥,它经得住吗?”鲁班瞟了他俩一眼,说:“大骡于大马,金车银辇都过得去,破车还过不去吗?的褡裢里,”张果老一听,觉得他口气太大了,便施用法术聚来了太阳和月亮,放在驴背上左边装上太阳,右边装上月亮。柴王爷也施用法术,聚来五岳名山,装在了车上。两人微微一笑,推车赶驴上桥。刚一上桥,眼瞅着大桥一忽悠。鲁班急忙跳到桥下,举起右手托住了桥身,保住了大桥。
两人过去了,张果老回头瞅了瞅大桥对柴王爷说:柴王爷连连说“不怪人称赞,鲁班修的这桥真是天下无双。”柴王爷瞅着他俩的背影,点头称是,并对着才回到桥头上来的鲁班,伸出了大拇指。
现在,赵州石桥桥面上,还留着张果老骑驴踩的蹄印和柴王推车轧的一道沟。到赵州石桥去的人,都可以看到,桥下面原来还留有鲁班爷托桥的一只大手印,现在看不清了。
2.赵州桥介绍一。
安济桥,座落在赵县城南,因赵县古称赵州,所以又称赵州桥,又因大桥以石砌造而成,所以当地俗称大石桥。1961年被国务院列为第一批全国重点文物保护单位。1991年,美国土木工程师学会将安济桥选定为第12个国际历史土木工程的里程碑。
赵州桥的结构:主拱由28道相互独立的拱圈并列而成,建桥时先砌中间的,再砌两边的,每道拱圈宽约35厘米,每块条石长度不同,自70厘米至109厘米不等,各块条石之间用两个“腰铁”相连。每条拱圈坏了可单独修理,因外侧的拱圈易风化损坏,明代时桥西侧的5道拱圈塌落,在明清时重修(没有修复记录,可明显看出与中间的石料不同),1955年对东侧塌落的5道拱圈进行了重修。中间18道拱圈还是隋代建筑的。
为了防止拱圈向外倒,另外还采取了以下方法:
(1)上窄下宽。为了防止拱圈向外倾斜,拱脚宽9.5米,拱顶宽9米.
(2)用9个铁连杆横向连接28道拱圈。在拱圈中用几根一头是孔,一头是钩的铁连杆将28道拱圈连起来,在最外边的拱圈处有一个铁冒头(下图)。在主拱上共有5处铁拉杆,每个小拱上各有一个铁拉杆。
(3)用形似锯子的腰铁将各块石料加固,每块石料相连处用两个腰铁。
(4)用6个条石钩拉住外侧桥拱,用1.8米长,头部长出5公分曲尺形的条石放在桥拱的外侧,利用长出部分起到一个向内拉住桥拱的作用。因每道桥拱宽35公分,条石可压住外侧5道桥拱。但它的作用是有限的,如桥东西两侧的桥拱都曾塌落,两侧外边的5道桥拱都是后修的
1956年修缮时大桥拱顶采用钢筋结网加固处理。
3.赵州桥介绍二。
赵州桥又名安济桥,建于隋大业(公元605-618)年间,是著名匠师李春建造。桥长64.40米,跨径37.02米,是当今世界上跨径最大、建造最早的单孔敞肩型石拱桥。因桥两端肩部各有两个小孔,不是实的,故称敞肩型,这是世界造桥史的一个创造(没有小拱的称为满肩或实肩型)。
赵州桥距今已1400年,经历了10次水灾,8次战乱和多次地震,特别是1966年邢台发生的7.6级地震,邢台距这里有40多公里,这里也有四点几级地震,赵州桥都没有被破坏,著名桥梁专家茅以升说,先不管桥的内部结构,仅就它能够存在1300多年就说明了一切。1963年的水灾大水淹到桥拱的龙嘴处,据当地的老人说,站在桥上都能感觉桥身很大的晃动。据记载,赵州桥自建成至今共修缮8次。
在主拱圈的上边两端又各加设了两个小拱,一是可节省材料,二是减少桥身自重(减少自重15%),而且能增加桥下河水的泄流量。
1979年5月,由中国科学院自然史组等四个单位组成联合调查组,对赵州桥的桥基进行了调查,自重为2800吨的赵州桥,而它的根基只是有五层石条砌成高1.55米的桥台,直接建在自然砂石上。
这么浅的桥基简直令人难以置信,梁思成先生1933年考察时还认为这只是防水流冲刷而用的金刚墙,而不是承纳桥圈全部荷载的基础。他在报告中写道:
“为要实测圈基,我们在北面圈脚下发掘,但在现在河床下约70-80厘米,即发现承在圈下平置的石壁。石共五层,共高1.58米,每层较上—层稍出台,下面并无坚实的基础,分明只是防水流冲刷而用的金刚墙,而非承纳桥圈全部荷载的基础。因再下30-40厘米便即见水,所以除非大规模的发掘,实无法进达我们据学理推测的大座桥基的位置。”
1991年9月,赵州桥被美国土木工程师学会选定取为第十二个“国际土木工程里程碑”,
并在桥北端东侧建造了“国际土木工程历史古迹”铜牌纪念碑。
为了保护赵州桥,上世纪末在赵州桥东100米处新建的桥梁,其结构还是沿袭赵州桥,只是主拱上的小拱数量增加到一边5个。
4. 赵州桥介绍三。
赵县大石桥即安济桥
梁思成
绪言
北方有四大胜迹著名得非常普通,提起来,乡间的男女老少大半都晓得“沧州狮子应州塔,正定菩萨赵州桥。”为着给记忆力的方便,这两句歌谣便将那四大胜迹串在—起,成了许多常识之一种。
四处中之赵州桥,在一般平民心目中,更是个熟识的古迹。《小放牛》里的:
赵州桥,鲁班爷修,
玉石栏杆圣人留,
张果老骑驴桥上走,
柴王爷推车轧了一道沟……
谁没有听过或吟过它几遍 这平民心目中的四件宝贝,我前已调查考证过两处。第—处正定,不止是那73尺铜铸观音可观,隆兴寺全寺中各个建筑,且是宋代遗建中极重要的实物。第二处应是县佛宫寺木塔,全塔木构,高60余米,建于辽清宁二年。为我国木塔中之最古者;巍峨雄壮,经八百余年风雨,依然屹立,宜尊为国宝之—。
这—次考察赵州,不意不单是得见伟丽惊人的隋朝建筑原物,并且得认识研究这个数百年前的结构所取的方式,对于工程力学方面,竞有非常的了解,及极经济极聪明的控制。所以除却沧州铁狮子我尚未得瞻仰不能置辞外,我对于北方歌谣中所称扬的三个宝贝,实在赞叹敬仰不能自已,且相信今日的知识阶级中人,对这几件石传瑰宝,确有认识爱护的必要,敢以介绍人的资格,将我所考察所测绘的报告,附以关于这桥建筑及工程方面的分析,献与国内同好。
除大石桥外,在赵州更得到许多宝贝,其中有两座桥,一座是县城西门外的永通桥,即所谓小石桥;一座是县西南八里宋村的济美桥。因为他们与大石桥多有相同之点,所以一并在此叙述。
在赵州调查期间,蒙县立中学校长耿平允先生及诸教员多方帮忙,并许假住校中;县政府,建设局,保卫团亦处处保护,给予便利,都是我们所极感谢的。
4.卢沟桥介绍
(一)“卢沟晓月”的来源
单以“晓月”形容卢沟桥之美,据传说是另有原因:每当旧历的月尽头(晦日)天快晓时,下弦的钩月在别处还看不分明,如有人到此桥上,他偏先得清光。这俗传的道理是否可靠,不能不令人疑惑,其实,卢沟桥也不过高起一些,难道同一时间在西山山顶,或北平城内的白塔(北海山上)上,看那晦晓的月亮会比卢沟桥上不如?不过,话还是不这么拘板说为妙,用“晓月”陪衬卢沟桥的确是一位善于想象的艺术家的妙语,本来不预备后人去作科学的测验。你想:“一日之计在于晨”,何况是行人的早发。朝气清蒙,烘托出那勾人思感的月亮,——上浮青天,下嵌白石的巨桥。京城的雉堞若隐若现,西山的云翳似近似远,大野无边,黄流激奔,……这样光,这样色彩,这样地点与建筑,不管是料峭的春晨,凄冷的秋晓,景物虽然随时有变,但若无雨雪的降临,每月末五更头的月亮,白石桥,大野,黄流,总可凑成一幅佳画,渲染飘浮于行旅者的心灵深处,生发出多少反射的美感。
(二)卢沟桥介绍
卢沟桥亦称芦沟桥,位于中国北京城西南13公里,宛平县城西门外,跨永定河(金代称卢沟河)的联拱石桥。
这座桥始建于金大定二十九年(公元1189年),成于明昌三年(公元1192年)。金代,卢沟河是出入京都的南北交通要津,也是军事要地,因而建卢沟桥。桥全长212.2米,计入两端桥堍共长约266.5米。全桥有11孔,
各孔的净跨径和矢高均不相等,采用边孔小、中孔逐渐增大的韵律设计,形成了优美的桥型。据近年实测,各孔净跨径如表:各孔矢跨比约 1/3.5至 1/3.7,拱圈轴线为单心圆弧,拱圈宽 8.4米,拱圈厚度除东起第一、二孔为0.5米外,其余各孔为0.88~1.00米。全桥有十个墩,其宽度为5.3米至7.25米不等。每墩上游迎水面砌成分水尖,其尖头部装有一根三角形铁柱,用以加强。基础为木桩基。原桥面行车道宽7.6米,用石料铺砌,桥面两侧筑有石栏,石栏柱北侧有140个,南侧有141个,石栏柱间距约1.8~2.0米,柱高1.40米,各柱头上刻有石狮,雕饰工巧,姿态各异,或蹲、或伏,或大抚小,或小抱大,头数众多,有“数之辄不尽”之说。据详查记录,石狮共有485头。石柱间嵌石栏板,高85厘米,桥两端各有华表、御碑亭、碑刻等,桥东端北侧御碑亭的石碑上刻有清乾隆题字“卢沟晓月”。
卢沟桥于元、明两代曾经修缮,据记载:清康熙年间水溢、桥圮,东北十二丈重修,即今东起第一、第二两孔是重修的,其余各孔是金代原建。
卢沟桥建成至今已790多年,主拱圈石料已有风化剥落和灰缝残缺的现象,东起第五、第六孔尤为严重。拱上填料原为散体,经多年洪水淹没,局部冲淘,多有空洞。但这座桥仍有较大的承载能力。1975年曾进行承载力的试验,采用轴距为1.5米的15个轴的挂车,进行分级加载,每级均往返运行,最终加载至429吨,实测跨中瞬时最大挠度值在第五孔、第六孔分别为0.52毫米和0.49毫米,相当跨径的1/25000,全桥各孔均变形甚微,受力处于弹性阶段。1976年春,安全通过了载运特大型货物的总重量为 400吨的平板车。现今卢沟桥仍具有较大的承载能力。
卢沟桥久已闻名中外。如意大利人马可·波罗著《马可·波罗行纪》一书,对这座桥有较详细的记载。1937年7月7日的七七事变在此发生,又称芦沟桥事变,是日本帝国主义大举进攻中国本部的开始,从此持续八年之久的抗日战争开始了,卢沟桥因此成为有历史意义的纪念性建筑物。
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6.茅以升作品欣赏
(一)没有不能造的桥
路是人走出来的,有了路,就要桥。哪里有人,哪里就有路,同时哪里也就可能有桥。人是需要桥的,同时人也能造桥。只要有能修的路,就没有不能造的桥。人能移土填海来修路,也能连山跨海来造桥。人们改造自然的雄心壮志,就在修路造桥的工作上,也能充分表现出来。不但表现出和自然界斗争的集体力量,也表现出了征服自然、改造自然的聪明才智。“一桥飞架南北,天堑变通途。”(毛主席词)这便是近代造桥技术的新成就。
桥是路的一部分,没有路,当然就没有桥;桥不能没有联系的路而孤立存在。桥的存在是为路服务的。既然是为路服务,就要能满足路的要求;第一,所有路上的车辆行人,都要能安全地顺利地在桥上通过。第二,车在桥上走,要能和在路上走一样,不能因为过桥而使行车有所限制,比如减轻载重,降低速度,一车单行等等。第三,路上交通运输,总是天天发展的,路还可以跟着改造、加强,桥就不那么简单,一定要造得比路更为坚固耐久。满足了以上这些要求,桥和路才能成为一体,合为一家。否则那就是“路归路,桥归桥”不能密切合作,共同为陆上运输服务了。
桥和路不但要为陆上运输而合作,它们还要为水上运输而合作.因为过河的桥,下面要走船,水涨船高,不但桥要造得高,而且路也要跟着高.桥在过河的地位上要服从路,路在两岸的高度上,也要迁就桥。桥和路都是越高越难造的,但是为了行船方便,就把困难留给自己。桥和路跟船合作得好,这个困难就解决了。
不论行车或走船,总不要因为过桥而使人感到不适,或是激烈震动,或是骤然改变方向,使桥形成一个“关”。如果车在桥上走,如同在路上走一样,船在桥下过,如同河上没有桥一样,有桥恍同无桥,这种桥就算是造得真好了.但是,对行人来说,有桥也并非坏事,能在一座桥上走走,饱览河上风光,两岸景色,岂不令人心旷神怡!
从走车、行人的观点看,桥就是一种路。不过这种路不是躺在地上,而是跨过一条河道或是横越一个山谷的。因此,桥是从地上架起来的一条空中的路。路在空中,当然问题就多了。这个空中的路,一般只是跨过一条河,或者越过一个山谷,或者和另一条路立体交叉,它的长度,总是有限的。但如高架铁路或高速公路,因为架在空中,虽名为路,但实际是桥,以桥代路,这“桥”的长度,就大得可观了。
一座桥所以能成为空中的路,因为在两岸桥头,它有“桥台”,在河道水中,它有“桥墩”,有了“台”和“墩”,才能架起桥身(名为“桥梁”),三者联合在一起,才能构成一座桥。桥墩有两个问题,一是妨碍航运,一是阻挡洪水,所以一座桥的桥墩,愈少愈好,然而桥墩少则每孔的桥梁长,如果一座桥的桥墩和桥梁的造价约略相等,这桥才算是经济的。这就牵涉到造桥过河的地点问题,是要桥的位置服从路的线路,还是路的线路服从桥的位置呢?这是一个经济上要考虑的问题。
桥梁的设计与施工,有一个重大的特点,即不但要力求经济,而且要绝对保证安全。假如一座造成的桥,因为承载车辆过重,或者行车速度太快,或者洪水、台风等等影响,桥身断裂坠入河中,则对生命财产的损失,何可胜计!这比起其他很多工程,如果失败,只浪费财产而不影响生命,更是大不相同。
桥,不论它的长度多大,都不足显示它的技术优点;足以显示桥的技术优点的是桥的“跨度”,就是一座桥架在两头支座之间的架空长度。一座桥就像一条板凳,板凳两条腿之间的架空长度就叫做跨度;几条板凳头尾相连,就构成一座长桥。板凳虽多,它的强度仍只是决定于一个板凳的长度。
板凳就是一座“梁桥”的简单模型。板凳的板,好像是桥的“梁”;板凳的腿,好像是桥的“墩”;板凳的脚立在地上,就好像墩是建筑在“基础”上。“梁”,“墩”和“基础”构成一座桥梁的三大部分。每一部分都有各种不同的形式,构成不同类型的桥。
“梁”是承托铁路或公路“路面”的建筑物,是直接受到桥上车辆行人的“荷载”的(重量和振动)。最简单的“梁”,是几座既平且直的“板梁”,架在两头桥墩上。这种“板梁”的“跨度”不可能太大,要加长“跨度”就要把“桥梁”的板,改成各种“结构”,来承担“荷赘’。所谓“结构”就是用许多“杆件”拼成的一种梁。比用平直的“梁”更为经济的办法,是把梁“拱”起来,让它向上弯成“拱”,在“拱”的下面或上面安装路面,这就形成一座“拱侨”。更经济的办法是用“缆索”,跨过两岸上立起来的高塔,把缆索的两头锚定在土石中,然后从“缆索”上悬挂起路面,就像一根绳子上吊起洗的衣服一样。这种桥叫做“吊桥”。“梁桥”。“拱桥”、“吊桥”,是桥梁的三种基本类型,我国几千年来,就造过无数的这三种桥。
福建泉州的“洛阳桥”是来代(公元1059年)建成的石板“梁桥”,总长834米,有47孔,每孔“跨度”16米左右,用长条石块,架在桥墩上作路面,桥墩下的“筏形基础”设计,比外国的早八百年。河北赵县的“赵州桥”是隋代(公元605年左右)建成的“石拱桥”,只有一孔,“跨度”长达37.4米,建成至今虽已一千三百多年,但它的雄姿依然不减当年,堪称世界上最古老的石“拱桥”。
四川沪定县的“沪定桥”是清代(公元1706年)建成的铁索“吊桥”,跨度103米,是1935年我英雄红军长征路上强渡“大渡河”的革命纪念地。以上三座桥是我国古桥中三种基本类型的代表作。其他名桥,书不胜书。
我国自从有了铁路,就有了新式的钢桥和钢筋混凝土桥,桥的结构也有了多种形式。解放前,滔滔长江,没有一座桥;滚滚黄河,上面也只有三座桥。解放后,我国桥梁建设,日新月异,长江上先后有了武汉、南京等铁路、公路联合大桥,黄河上造了二十几座桥。其他大小河流上的铁路、公路桥,遍布国内。它们的型式和古桥一样,基本上仍是这三种,即梁桥、拱桥和吊桥。但每种都有创新,如武汉、南京长江大桥都是三孔钢梁首尾连成一联的“三联连续桥”。又如许多的钢筋混凝土拱桥中,造成“双曲拱”的型式。所有这些新结构的月的都是为了节约材料并增加安全度。其方法是控制材料的变形,不使超出限外。
板凳的板上站了人,板就要向下微微弯曲,这时板的下面就要被拉长,上面就要被压短(这可以用简单试验来证明)。但板的材料(木、石或其他)是要抵抗“变形”的(这是所有材料的特性)。抵抗被拉长时,就有抗拉“应力”;抵抗被压短时,就有抗压“应力”。比如石料,抗压强度大大超过抗拉强度,因此如果把梁做成拱形,在担负“荷载”时,这拱就要被压短了(也可试试看),引起材料的抗压应力,而这正是由石料的抗压强度来决定的。同时,拱不大可能被拉长,这就避免了材料的弱点。所以“拱”比平直的“梁”更经济。同样的道理,一条绳子只能被拉长而不可能被压短,如用钢缆把桥的路面吊起,就能充分发挥材料的抗拉强度,同“拱”能充分发挥石料的抗压强度一样。但钢的强度比石料大得多,所以“吊桥”跨度可以比“拱桥”跨度大得多。
一座桥的形式,决定于所用的材料和材料做成的“结构”,要加大“跨度”,就要充分发挥材料的强度,而克服它的弱点。
桥墩是桥梁的支柱,桥上车辆的重量和振动影响,都要通过桥梁而达到桥墩,再加桥梁和桥墩本身的重量,以及桥上风力、桥下水力等等,桥墩的负担,可就不轻了。不但如此,桥墩这个支柱,有一部分是在水里的(越过山谷的桥的墩,有时也有小部分在水中),而水是很难对付的。因此,建筑桥墩的材料,既要有强度,还要能抗水。当桥梁在承载过程中变形时,桥墩也跟着变形,不过这个变形,主要是压缩,因此桥墩的材料必须要有较大的抗压强度,但它的结构形式却比较简单,重要的是,桥墩要“立”得牢,桥梁才能“坐”得稳;要桥墩立得牢,就要有坚强的“基础”。
桥梁基础是把全桥上的重量和一切振动影响传达到地下的一个结构。它是桥墩的“脚跟”,是全桥和地下联系的一个“关键”。因此,它必须建筑在石层或坚硬土层上面。当它在受到桥墩向下压迫的作用时,除了自己压缩变形以外,还会使下面的土石层跟着变形。由于上石层的变形,基础、桥墩以至整座桥梁都会跟着慢慢移动。这种移动,名为“沉陷”。这对桥梁是非常重要的,任何桥都有沉陷。但要控制在一定范围以内,并使它平均分布,以免桥墩倾斜。
基础的类型也很多,最简单的方式是水中“打桩”、把“桩”打到石层或坚硬土层上,然后在桩上造起桥墩。在水深的地方,可以采用“沉井”、“沉箱”或“管柱”,就是把预制的“井”、“箱”或“管柱”沉到石层或坚硬土层上,再在它们里面或上面筑桥“墩”。南京长江大桥,水下石层深达73米,是世界上罕见的深水基础,曾经用了多种方法,才将桥墩建造成功。
桥同路要合作,桥本身的梁、墩和基础三部分更要密切合作。首先,每部分以及各部分“接头”处,都不能有薄弱环节。其次,各部分要配合得当,彼此协作,来发挥每个角落的最大强度。再其次,全桥的强度要分布均匀,薄弱环节固然不好,一处过分坚强,形成浪费,也不需要。一座桥是由许多部件组成的,每个部件的强度与它的变形有关,而变形是可以测定的。凡是变形较大的地方都是薄弱环节。在一座桥的设计和施工中,都应当使这座桥在车辆走动、载重增加时,处处只有最小的变形。从全桥和各部件变形的大小,就能看出这桥的技术水平。桥梁技术的发展,就是要以争取全桥整体的和局部的最小变形为方向。但是无论设计施工如何完善,总有估计不到的因素,桥在建成后也会遇到不测的袭击,如地震,这里就要依靠桥的本身潜力来抵抗了。原来在任何建筑物中,按照自然法则,在必要时,较强的部分都会适当地帮助较弱的部分,自动调剂。也就是,各部分的变形,如果忽然过多或过少,它们会互相调剂,均衡力量,使全桥的变形,仍然达到最小的限度。只有在这个变形超出“安全度”的时候,这个建筑物才会遭到破坏。这个建筑物的自动调节的性能,就叫做“整体性”,对于它的安全是很重要的。充分发挥整体性的作用,也是桥梁新技术的一个极其重要的目标。
桥梁技术中有许多新的成就,这些新成就,帮助我们多快好省地把桥建成。所谓好,就是这座桥在任何情况下,将会有最可能小的变形和最可能大的整体性。
作为新技术的例子,现在来谈一个“装配式预应力混凝上”的结构。混凝土是由水泥、砂子和小石块,在加水后搅拌,浇灌到模板中,经过凝结而成的建筑材料。它的优点是抗压强度大,弱点是抗拉强度小。为了克服它的弱点,抵抗被拉长,就放进钢筋,成为“钢筋混凝土”,因为钢的抗拉强度大。然而,就是这样,钢筋混凝土的强度,还是抗拉不够,为了进一步加大它的抗拉强度,就把钢筋在混凝土凝结之前,预先拉长一下,然后让钢筋和它周围的混凝上一同缩短,这样钢筋就恢复了原来长度,并把混凝土压紧,产生抗压强度。这个预先被压紧的混凝上,在受到载重时,就能抵抗更多的拉长,也就是增加了它的抗拉强度。这个增加出来的抗拉强度是由于它预先有了压缩,有了抗压应力,所以叫做“预应力混凝上”。用这种预应力混凝土,在工厂中预先制成结构中的部件,然后运往建桥工地,把各部件“装配”成形,这就成为“装配式预应力混凝上结构”。这种结构可以用在较大跨度的桥梁上,是一种现代化的技术,我国正在普遍推广。
在以前,一般大跨度的桥梁,都是采用钢结构的。但现在,很多桥梁已经用预应力混凝土来代替了。不过对于特大跨度的桥梁,还是非用钢不可;有时还要用高强度的合金钢。比如建造一座跨海的桥梁,每孔跨度,长达一两公里,那就非用“钢索吊桥”不可。将来会有更新的建筑材料出现,如不脆的“玻璃钢”、合成的“塑料”、“高分子聚合物”等等,同时也将有更新式的结构来利用这些材料。由于这些材料的强度高而重量小,那时桥梁的一孔跨度和水下基础深度就会大得惊人。现在世界上桥的最大跨度,是英国的“恒比尔”公路“吊桥”,跨度1,405米。建造中的日本的明石海峡公路、铁路两用“吊桥”跨度1,780米。水下基础最深的桥是葡萄牙的塔古斯河桥,基础在水下79米。
最后,再谈一个极其重要的桥梁建设问题,那就是“造桥工业化”的问题。造桥是一个非常复杂的技术问题。要从大量的地形、地质、水文、气候等资料中,根据交通运输的需要,做出设计,然后一面在水下建筑基础和桥墩,一面在工厂制造桥梁,最后再把桥梁安装在桥墩上。如果有大量的造桥工程,急待解决进行,就必须有一整套“工业化”的措施,这样才能做到多快好省。这一套措施有三方面。第一、“设计标准化”:对跨度相同、一般条件相同的桥梁,预先做出标准设计,根据需要,按照各种条件的“系列”(即等级层次),做出整套的标准设计。第二、料材工厂化:不论是石料、钢材或各种混凝土,都在工厂中,按照设计,预先制成部件,然后运往工地,装配成所需的结构。第三、施工机械化;造桥时要跟自然界各种不同因素作战,比如风浪中测量,深水下建筑,高空中吊装等等,这都不是单纯的体力劳动所能济事的,必须使用各式各样的机械,才能成功。这样的“三化”是桥梁技术现代化的新方向。
桥梁技术的成就是无穷无尽的,因为桥梁工程中的困难是没有底的。如果因为人所需要,遇到难造的桥,则人类进步,必有相应发展的新技术,来克服此难关。桥是人造的,人有了社会主义觉悟,勤学苦练,发挥了主观能动性,就不怕任何困难。有人就有桥,世界上没有不能造的桥!
(二)桥话
人的一生,不知要走过多少桥,在桥上跨过多少山与水,欣赏过多少桥的山光水色,领略过多少桥的画意诗情。无论在政治、经济、科学、文艺等各方面,都可以看到各式各样的桥梁作用。为了要发挥这个作用,古今中外在这“桥”上所费的工夫,可就够多了。大至修成一座桥,小至仅仅为它说说话。大有大用,小有小用,这就是这个《桥话》的缘起。诗话讲诗,史话讲史,一般都无系统,也不预订章节。有用就写,有话就长。桥话也是这样。
最早的桥
首先要说清楚:什么是桥?如果说,能使人过河,从此岸到彼岸的东西就是桥,那么,船也是桥了;能使人越岭,从这山到对山的东西就是桥,那么,直升飞机也是桥了。船和飞机当然都不是桥,因为桥是固定的,而人在桥上是要走动的。可是,拦河筑坝,坝是固定的,而人又能在坝上走,从此岸走到彼岸。难道坝也是桥吗?不是的,因为桥下还要能过水,要有桥孔。那么,在浅水河里,每隔一步,放下一堆大石块,排成一线,直达对岸,上面走人,下面过水,而石块位置又是固定的,这该是一座桥了(这在古时叫做“富毫以为桥梁”,见《拾遗记》,近代叫做“汀步桥”),然而严格说来,这还不是桥,因为桥面是要连续的,不连续,不成路。但是,过河越谷的水管渠道,虽然具备了上述的桥的条件,而仍然不是桥,这又是何故呢?因为它上面不能行车。这样说来,矿山里运煤的架空栈道,从山顶到平地,上面行车,岂非也是桥吗,然而又不是,因为这种栈道太陡,上面不能走人。说来说去,桥总要是条路,它才能行车走人,不过它不是造在地上而是架在空中的,因而下面就能过水行船。
其次,怎样叫早?是自然界历史上的早呢,还是人类历史上的早。是世界各国的早呢,还是仅仅本国的早。所谓早是要有历史记载为根据呢,还是可凭推理来臆断。早是指较大的桥呢,还是包括很小的在内的,比如深山旷野中的一条小溪河上,横跨着一根不太长的石块,算不算呢?也就是说,是指有名的桥呢,还是无名的桥。这样一推敲,就很难落笔了。姑且定个范围,那就是:世界上最初出现的人造的桥,但只指桥的类型而非某一座桥。
在人类历史以前,就有三种桥。一是河边大树,为风吹倒,恰巧横跨河上,形成现代所谓“梁桥”,梁就是跨越的横杆。二是两山间有瀑布,中为石脊所阻,水穿石隙成孔,渐渐扩大,孔上石层,磨成圆形,形成现代所谓“拱桥”,拱就是弯曲的梁。三是一群猴子过河,一个先上树,第二个上去抱着它,第三个又去抱第二个,如此一个个上去连成一长串,为地上猴子甩过河,让尾巴上的猴子,抱住对岸一棵树,这就成为一串“猿桥”,形式上就是现代所谓“悬桥”。梁桥、拱桥和悬桥是桥的三种基本类型,所有千变万化的各种形式,都由此脱胎而来。
因此,世界上最初出现的人造的桥就离不开这三种基本形式。在最小的溪河上,就是单孔的木梁。在浅水而较大的河上,就是以堆石为墩的多孔木梁。在水深而面不太宽敲河上,就是单孔的石拱,在水深流急而面又宽的大河上,就是只过人而不行车的悬桥。
应当附带提一下,我国最早的桥在文字上叫做“梁”,而非“桥”。《诗经》“亲迎于渭,造舟为梁”。这里的梁,就是浮桥,是用船编成的,上面可以行车。这样说来,在历史记载上,我国最早的桥,就是浮桥,在这以前的“杠”,“榷”,“闪”,“把”等等,都不能算是桥。
古桥今用
古代建筑,只要能保存到今天,总有用。也许是能像古时一样地用它,如同四J;都江堰;也许不能完全像古时那样地来用它,如同北京故宫;也许它本身还有用,但现在却完全不需要了,如同万里长城。更多的是,它虽还有小用,但已不起作用,如果还有历史价值,那就只有展览之用了。古桥也是这样,各种用法都有,不过专为展览用的却很少。要么就是完全被荒废了,要么就是经过加固,而被充分大用起来。值得提出的是,有一些古桥,并未经过改变,“原封不动”,但却能满足今天的需要,担负起繁忙的运输任务。这是中国桥梁技术的一个特点。不用说,这种古桥当然是用石头造起来的。
在抗日战争时期,大量物资撤退到后方,所经公路,“技术标准”都不是很高的,路线上常有未经加固的古桥。但是,撤退的重车,却能安然通过,其初还限制行车速度,后来就连速度也放宽了。古桥是凭经验造起来的,当然没有什么技术设计。奇怪的是,如果用今天的设计准则,去验算这些古桥的强度,就会发现,它们好像是不能胜任这种.重车的负担的。然而事实上,它们是竟然胜任了,这是什么缘故呢?
原来我国古桥的构造,最重视“整体作用”,就是把全桥当作整体,不使任何部分形成孤立体。这样,桥内就有自行调整的作用,以强济弱,减少“集中负荷”的影响。比如拱桥,在“拱圈’与路面之间有填土,而桥墩是从拱圈脚砌高到路面的。拱圈脚、填士和路面都紧压在墩墙上,因而路面上的重车就不仅为下面的拱圈所承载,同时还为两旁墩墙的“被动压力”所平衡。但在现时一般拱桥设计中,这种被动压力是不计的,因而在验算时,这类古桥的强度就显得不足了。提高墩墙就是为了整体作用。其他类似的例于还很多。这都说明,古代的修桥大师,由于实践经验,是很能掌握桥梁作用的运动规律的,尽管不能用科学语言来表达它。正因为这样,我国古桥比起外国古桥来,如罗马、希腊、埃及、波斯的古桥,都显得格外均匀和谐,恰如其分,不像它们的那样笨重。北京颐和园的十七孔桥和玉带桥都能说明这一点。
古桥保存到今天,当然不是未经损坏的。除去风雨侵蚀,车马践踏外,还会遇到意外灾害,如洪水、暴风、地震等等。也许原来施工的弱点,日后暴露出来。这都需要修理。而修理对于建桥大师,正是调查研究的好机会。他们从桥的损坏情况,结合历来外加影响,就能发现问题所在,因而利用修理机会,予以解决。每经一次修理,技术提高一步。数千年来的修桥经验,是我国特有的宝贵民族遗产。
赵州桥,建成于一千三百多年前,从那时起,一直用到今天,可算是古桥今用的最突出的例子。更可贵的是,它今天还是原来老样子,并未经过大改变。西班牙的塔霍河,有一座石拱桥,建成于罗马特拉兼大帝时,距今已达一千八百多年,现仍存在,但其中有六百年是毁坏得完全不能使用的,其服务年限之长,仍然不及赵州桥。在古桥今用这件事上,我国是足以自豪的。
桥的运动
桥是个固定建筑物,一经造成,便屹立大地,可以千载不移,把它当作地面标志,应当是再准确不过的。《史记·苏秦列传》里有段故事:“信如尾生,与女子期于梁下,女子不来,水至不去,抱柱而死”,就因为桥下相会,地点是没有错的,桥是不会动的。但是这里所谓不动,是指大动而言,至于小动、微动,它却是和万物一般,是继续不断,分秒不停的。
车在桥上过,它的重量就使桥身“变形”,从平直的桥身变为弯曲的桥身,就同人坐在板凳上,把板凳坐弯一样。板凳的腿,因为板的压迫,也要弯形,如果这腿是有弹簧的.就可看出,这腿是被压短了。桥身的两头是桥墩,桥上不断行车,桥墩就像板凳腿一样,也要被压短而变形。把板凳放在泥土上,坐上人,板凳腿就在泥土上留下痕迹,表现泥土有变形。桥墩也同样使下面的基础变形。桥身的变形表示桥上的重量传递给桥墩了,桥墩的变形表示桥身上的重量传递给基础了,基础的变形表示桥墩上的重量传递给桥下的土地了。通过桥身、桥墩和基础的变形,一切桥上的重量就都逐层传递,最后到达桥下的土地中,形成桥上的重量终为地下的抵抗所平衡。物体所以能变形,由于内部分子的位置有变动,也就是由于分子的运动。因而一座桥所以能在有车的重量下保持平衡,就是因为它内部的分子有运动的缘故。
车在桥上是要走动的,而且走动的速度可以很高,使桥梁全部发生震动。桥上不但有车,而且还受气候变化的侵袭;在狂风暴雨中,桥是要摆动或扭动的;就是在暖冷不均、温度有升降时,桥也要伸缩,形成蠕动。桥墩在水中,经常受水流的压迫和风浪的打击,就有摇动、转动和滑动的倾向而影响它在地基中的移动。此外,遇到地震,全桥还会受到水平方向和由下而上的推动。所有以上的种种的动,都是桥的种种变形,在不同的外因作用下而产生的。这些变形,加上桥上重量和桥本身重量所引起的变形,构成全桥各部的总变形。任何一点的总变形,就是那里的分子运动的综合表现。因此,一座桥不论是在有重车疾驰、狂风猛扑、巨浪急冲或气温骤变的时候,或是在风平浪静、无车无人而只是受本身重量和流水过桥的影响的时候,它的所有的一切作用都可很简单地归结为一个作用,就是分子运动的作用。
桥是固定建筑物,所谓固定就是不在空间有走动,不像车船能行走。但是,天地间没有固定的东西。至多只能说,桥总是在动的平衡状态中的,就是桥的一切负担都是为桥下的土地所平衡的。这是总平衡。拆开来看,桥身是处于桥上车重和两头桥墩之间的平衡状态的,桥墩是处于桥身和基础之间的平衡状态的,基础是处于桥墩和土地之间的平衡状态的。再进一步来分析,桥身、桥墩和基础的内部的任何一点,也无不在它四周的作用和反作用的影响下而处于平衡状态的。平衡就是矛盾的统一。矛盾是时刻变化的,因而平衡也不可能是稳定的,更不可能是静止的。就是在桥上的一切动的作用都停止的时候,在桥上只有本身重量起作用的时候,桥的平衡也不是稳定的,因为桥和土地的变形,由于气候及其他关系,总是在不断的变化中的。桥的平衡只能是瞬息现象,它仍然是桥的运动的一种特殊状态。
恩格斯说:“运动是物质的存在形式。”可见,桥的运动是桥的存在形式。一切桥梁作用都是物质的运动作用。
桥梁作用
桥梁是这样一种建筑物,它或者跨过惊涛骇浪的汹涌河流,或者在悬崖断壁间横越深渊险谷,但在克服困难、改造了大自然以后,它便利了两岸的往来,又不阻挡山间水上的原有交通。
桥是为了与人方便而把困难留给自己的。人们正当在路上走得痛快时,忽然看到前面大河挡路,而河上正好有一座桥,这时该暗自庆幸,果然路是走对了。
造桥是不简单的。它要像条纽带,把两头的路,连成一体,不因山水阻隔而影响路上交通。不但行车走人,不受重量或速度的限制,而且凡是能在路上通过的东西,都要能一样地在桥上通过。如果能把桥造得像路一样,也就是说,造得有桥恍同无桥,这造桥的本领就够高了。桥虽然也是路,但它不是躺在地上而是悬在空中的,这一悬,就悬出问题来了。所有桥上的一切重量、风压、震动等等的“荷载”都要通过桥下的空间,而传到水下的上石地基,从桥上路面到水下地基,高低悬殊,当中有什么“阶梯”好让上面荷载,层层下降,安然入地呢?这就是桥梁结构:横的桥身,名为“上部结构”,竖的桥墩,名为“下部结构”。造桥本领就表现在这上下结构上。
桥的上下结构是有矛盾的。要把桥造得同路一样牢固,上部结构就要很坚强,然而它下面是空的,它只能靠下部结构的桥墩作支柱,桥墩结实了,还要数目多,它才能短小精悍,空中坐得稳。但是,桥墩多了,两墩之间的距离就小了,这不但阻遏水流,而且妨碍航运。从船上人看来,最好水上无桥,如果必须造桥,也要造得有桥恍同无桥,好让他的船顺利通过。桥上陆路要墩多,桥下水路要墩少,这矛盾如何统一呢?很幸运,在桥梁设计中,有一条经济法则,如果满足这个法则,就可统一那个矛盾。这个法则就是上下部结构的正确比例关系。
桥的上下结构是用多种材料造成的。材料的选择及如何剪裁配合,都是设计的任务。在这里有两个重要条件,一是要使上层建筑适应下面的地基基础,有什么样的基础,就决定什么样的上层层建筑,上层建筑又反过来要为巩固基础而服务;一是要把各种不同性质、不同尺寸的材料,很好结合起来,使全座桥梁形成一个整体,没有任何一个孤立“单于”的部分。纵然上部结构和下部结构各有不同的自由活动,也要步调一致,发挥集体力量。桥的“敌人”是既多且狠的:重车的急驶、狂风的侵袭、水流的冲击.地基的沉陷等等而外,还有意外的地震、爆破、洪水等灾害。桥就是靠它的整体作用来和这些敌人不断斗争的。
桥的上下部结构要为陆路水路交通同等服务,而困难往往在水路。水是有涨落的,水涨船高,桥就要跟着高,这一高就当然远离陆路的地面了。地面上的交通如何能走上这高桥呢?这里需要一个“过渡”,一头落地,一头上桥,好让高低差别,逐渐克服,以免急转直上。这种过渡,名为“引桥”,用来使地面上的路,引上“正桥”。引桥虽非正桥,但却往往比它更长更难修。
可见,一座桥梁要在水陆交通之间,起桥梁作用,就要先在它自己内部很好地发挥各种应有的桥梁作用。整体的桥梁作用是个别桥梁作用的综合表现。
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