廊桥等古代建筑结构受力变形特征及对现代建筑结构的启示

大笨钟

为何清明上河图造的虹桥（无剪刀叉构造）容易晃动，稳定性不足，容易产生积累损伤，而慢慢损坏？浙江龙泉简支伸臂廊桥容易冲刷桥墩，历代都在维护？而传统得编梁木拱廊桥则能使木结构整体达到三向稳定平衡与变形协调？本文从历史桥梁工程实例分析告诉您廊桥等古建筑结构受力变形特征对现代建筑结构有哪些重要的启示。

以历史桥梁工程实例说明结构不稳定平衡（状态3）、亚稳定平衡（状态2）和稳定平衡（状态1）的差别。开封县志记载虹桥是用木片做成的（图1），横向连接较弱。仿清明上河图造的虹桥（无剪刀叉构造）容易晃动，稳定性不足，容易产生积累损伤，而慢慢损坏（状态2）。浙江龙泉简支伸臂廊桥容易冲刷桥墩，历代都在维护（状态2）。铁路桥梁横向刚度稍微不足，列车行使舒适度差些（状态2）；桥梁横向刚度不够容易导致列车桥梁系统振动失去稳定性，列车行使中容易脱轨（状态3）。美国塔科马大桥风致损毁就是因为加劲梁刚度不够（状态3）。因此，桥梁刚度稍微不足，影响桥梁正常使用（状态2）；而桥梁横向刚度不够，不但影响桥梁正常使用，而且影响结构变形协调，容易引起平衡状态逐渐损失甚至失去稳定，导致桥梁发生失稳破坏（状态3）。

图1  开封县志记载虹桥绘画图（约1000～1100年）

图2  参考虹桥建造了普庆桥

中国江南桥乡金泽参考虹桥建造了普庆桥（图2），增加了横向连接，增强了结构的横向刚度，满足了桥梁平衡稳定性和正常使用状态的要求（状态1），我们感受到普庆桥承载着历史的记忆，沟通着古镇金泽的过去与未来。

图3泰顺仙居桥（竣工于1673年）

长期台风和山洪考验证明：传统编梁木拱廊桥通过顶与压工艺和榫结构使木结构产生预压应力（图3）。泰顺廊桥传承人董直机先生建议：现代编梁木拱廊桥应该增加廊桥面内预拉钢筋而产生预压应力，达到结点或面紧密连接。通过撑与编工艺使木结构形成竖向、斜向、水平向全方位稳定，多重三角形连接使木结构整体达到三向稳定平衡与变形协调和外力做功能够有效转换为结构弹性应变能，使得编梁木拱廊桥组合结构系统由组合或单件部分受力体转变为整体共同受力体，这样编梁木拱廊桥骨架受力结构与构造形成紧密连接的稳定体系，始终维持稳定平衡与变形协调和外力做功能够有效转换为结构弹性应变能以及保持原始内力变形状态，从而使木结构承受压弯性的能力达到极致（状态1），在力学原理、施工工艺、结构与构造体系、材料选择等几个方面值得现代土木工程学习与借鉴。而其它型式廊桥只有在台风、山洪、基础等条件好的情况下少数存在，说明工程结构做到“结构合理、风险可控”很重要。

同样鬼斧神工——山西悬空寺千年（至今１5００多年）不倒之迷，得益于合理的力学结构和良好地利用了建筑环境。

反之，建于1173年的意大利比萨斜塔，由于地基不均匀变形，塔身慢慢倾斜，经过多次修复措施后才逐渐得到控制；《揭开现代建筑的神话》（[英]Malcolm Millais 著，赵雪译）就指出，工业革命初期的德国、日本、智利等国家，工程结构也存在许多安全风险，逐步修改了不合理结构构造，才达到现在的安全水平，目前发展中国家工程建设是乎正在重现发达国家历史过程。

因此，廊桥等古建筑结构受力变形特征对现代建筑结构具有重要的启示。（未完待续）

作者简介：朱汉华，男，汉族，中共党员，1963年出生，现为浙江省公路管理局总工程师、局党委委员，博士研究生、教授级高工。曾获全国先进工作者，交通部“青年科技英才”，省劳动模范，2005年全国劳动模范等荣誉称号。朱汉华坚守“在一线追求理想，用奉献实现价值”的信念，曾经放弃免试攻读博士的机会，选择到交通建设一线工作。2002年，作为承担318国道色季拉山段改建任务的援藏项目法人组组长，克服高寒缺氧等重重困难，圆满完成了雪域高原上修筑63公里公路和新增500公里内多处严重公路病害整治的艰巨任务。