趙州橋坐落于河北省趙縣城南洨河之上，距今已有1400余年的歷史了，該橋全長(zhǎng)64.4米，主拱由28道拱券縱向并列砌筑，橋身造型拱上加拱，玲瓏秀麗，氣勢(shì)恢弘。然而，趙州橋除了結(jié)構(gòu)新奇、造型美觀之外，在抵御自然災(zāi)害方面還有獨(dú)特的神奇之處。
氣勢(shì)恢宏的趙州橋
據(jù)史料記載，趙州橋自建成起共經(jīng)歷了10次水災(zāi)、8次戰(zhàn)亂和多次地震，在大大小小的地震中，對(duì)其產(chǎn)生直接影響的有6次之多。尤其是1966年3月22日發(fā)生在河北寧晉的7.2級(jí)地震，震中距離趙州橋僅不足40千米，地震影響烈度達(dá)到7度，而趙州橋安然無(wú)恙。
趙州橋之所以有牢固的抗震能力，最主要的原因是：一選址得當(dāng)；二地基穩(wěn)定；三設(shè)計(jì)合理。下面我們就從這三個(gè)角度出發(fā)，一一解析趙州橋千年不墜的抗震秘籍。
選址得當(dāng)，沒(méi)有建在縱橫交錯(cuò)的活動(dòng)斷層上
相關(guān)研究表明，趙州橋周圍幾十千米范圍內(nèi)，地下存在多條大小不等、走向不一的斷層，而趙州橋恰恰落在多條斷層縫隙之中，明顯避開(kāi)了那些縱橫交錯(cuò)的斷層。
趙州橋周邊斷層分布
以往的震例表明，在活斷層通過(guò)的位置，建筑物的破壞往往比其它建筑物要大很多，這不僅是因?yàn)檠刂鴶鄬?，地震的能量傳播?ldquo;暢通”一些，更重要的是，斷層運(yùn)動(dòng)直接造成地表發(fā)生變形，使得坐落在斷層之上的建筑物一同發(fā)生基礎(chǔ)變形、失穩(wěn)，從而發(fā)生更大的破壞、倒塌。而趙州橋避開(kāi)了活動(dòng)斷層，也就有效減輕了地震造成的傷害。
基礎(chǔ)穩(wěn)定，地基土以密實(shí)粉質(zhì)粘土為主
現(xiàn)代科學(xué)認(rèn)為，橋梁受到地震損害的直接起因之一是：地震時(shí)河床砂土液化，地基失效，橋梁墩臺(tái)基礎(chǔ)大量下沉或不均勻下沉。
而趙州橋的橋址區(qū)域地形平坦，地貌單一，地層分布穩(wěn)定，地基土主要以密實(shí)的粉質(zhì)粘土為主，中間有粉土和砂土夾層，是比較理想的修建這種特大跨度單孔橋梁的場(chǎng)所。根據(jù)化驗(yàn)分析，這種土層基本承載力為34噸／平方米，并且粘土層壓縮性小，地震時(shí)不會(huì)產(chǎn)生砂土液化，屬良好天然地基。數(shù)據(jù)表明，趙州橋地基的承載力約3700噸，趙州橋的重量約2800噸，所以建在這樣地基上的趙州橋盡管經(jīng)歷了1400年的風(fēng)風(fēng)雨雨，地基下沉非常少。
設(shè)計(jì)合理，首次應(yīng)用敞肩圓弧拱式橋型
趙州橋良好的抗震性還有一個(gè)重要原因就是敞肩圓弧拱式橋型的發(fā)明與應(yīng)用，橋梁的主拱和橋面之間的三角地帶被稱作是橋肩，所謂敞肩就是把橋肩挖空，在中央主拱兩側(cè)的橋肩上分別挖開(kāi)了兩兩對(duì)稱的四個(gè)小拱，做成“空撞券”。
“空撞券”示意圖
“空撞券”的建筑形式敞開(kāi)了肩部，節(jié)省了石料，更重要的是減輕了橋身自重，分散了橋身對(duì)橋臺(tái)地基的垂直壓力，消除了拱軸線截面上的拉應(yīng)力，使趙州橋更加穩(wěn)固耐用。
此外，建筑者還在敞肩的四個(gè)小拱拱石外圍，鋪設(shè)了一層16到30厘米的護(hù)拱石，這使拱券各個(gè)橫載面上能均衡受壓，通俗講就是運(yùn)用材料力學(xué)的彈性拱原理造橋，可以將受力點(diǎn)的力分散到橋的每一個(gè)橫截面上。
小拱上方有護(hù)拱石
不僅如此，趙州橋的建造方法也很獨(dú)特，站在橋的主拱下抬頭往上看，可以發(fā)現(xiàn)，順著橋的縱向延伸方向是一道又一道的拱券，就像人的手指并在一起，這叫作縱向并列砌筑法。
豎向拱券
趙州橋的主拱和4個(gè)小拱都是由28道獨(dú)立拱券縱向并列砌成，從古至今，人們大都采用橫向并列法建造橋拱，但是縱向造拱可以化整為零，節(jié)省人力、物力，并且由于每道拱券獨(dú)立，所以假如有一道拱券發(fā)生損壞時(shí)，對(duì)其它拱券和整體橋身沒(méi)有直接影響，便于單獨(dú)對(duì)它進(jìn)行維修。
但縱向并列砌拱，由于各拱之間缺乏橫向聯(lián)系，也最容易傾倒。為了加強(qiáng)石料之間的橫向聯(lián)系，建造者們還創(chuàng)造性地采用鐵拉桿橫穿在大橋拱背里。鐵拉桿是幾段鐵桿勾掛連接而成的，一共9根，主拱背上有5根，4個(gè)小拱背上各一根，用來(lái)緊固整個(gè)橋體拱券。
鐵拉桿示意圖
千年不墜的趙州橋凝聚著老一輩科學(xué)家的心血和智慧，“月魄半輪沉水底，虹腰千丈駕云間”，這座古橋在時(shí)光流逝中顯露出愈加堅(jiān)韌的魅力。
參考文獻(xiàn)：
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