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桥话
发布日期:2012-09-13     【网友评论:0 条】

   作者:茅以升    来源:茅以升科技教育基金网

 

 

 

一、最早的桥

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。

 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,而非。《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,在这以前的等等,都不能算是桥。

(原载《人民日报》196323日)

 

二、古桥今用

古代建筑,只要能保存到今天,总有用。也许是能象古时一样地用它,如同四川都江堰;也许不能完全象古时那样地来用它,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,它们好象是不能胜任这种.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,不象它们的那样笨重。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。数干年来的修桥经验,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_广,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。

(原载《人民日报》196329日)

 

三、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,桥身的两头是桥墩,桥上不断行车,桥墩也要被压短而变形。就同人坐在长板凳上,把板凳坐完一样。板凳的腿,因受板的压迫,也要变形,如果这腿是有弹簧的,就科研看出,这退是被压短了。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,不象车船能行走。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。

(原载《人民日报》1963320日)

 

四、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,或者在悬崖陡壁间横越深渊险谷,但在克服困难、改造了大自然开辟出新道路以后,它却不阻挡山间水上的原有交通而产生新的障碍。

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。它要象条纽带,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。如果能把桥造得象路一样,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干的部分。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。桥就是靠着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。

(原载《人民日报》1963427日)

 

 

 

 

 

 

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