(1)采用圓拱形式,改變了我國石橋多為半圓形的傳統。在中國古代,大多數石橋都是半圓形的,既美觀又完整。但是有兩個缺點:第壹,交通不方便。半圓拱更適用於跨度較小的橋梁,而半圓拱用於大跨度橋梁,會使拱頂非常高,從而使橋梁又高又陡,車輛和馬匹過橋非常不方便。二是施工不利,半圓拱石砌築使用的腳手架會很高,增加施工風險。為此,李春和工匠們創造性地采用了圓形拱門的形式,這大大降低了石拱門的高度。趙州橋主跨的凈跨度是37。02米,而拱高只有7.25米,拱高與跨度之比約為1:5。這樣,實現了低橋面和大跨度的雙重目的,橋面過渡平穩,車輛和行人都很方便,而且它還具有節省材料和方便施工的優點。當然,兩端圓拱對橋梁基礎的推力也相應增加,這對橋梁基礎的施工提出了更高的要求。
②采用我們的肩膀。這是李春對拱肩的重大改進,它將橋梁建築中使用的實肩拱改為露肩拱,即在大拱兩端設置兩個小拱,靠近大拱腳的小拱凈距為3.8米,另壹個拱的凈距為2.8米。這種大拱小拱的露肩拱具有優良的技術性能。首先,它可以增加泄洪能力,減少因汛期水量增加而造成的洪水對橋梁的影響。汛期,古* *河水勢較大,對大橋的泄洪能力是壹個考驗。四個小拱門可以分擔部分洪水。根據計算,四個小拱可以增加約65,438+06%的水域面積,大大減少洪水對橋梁的影響,提高橋梁的安全性。其次,與實肩拱相比,敞肩拱可節省大量土石方材料,減輕橋體自重。根據計算,四個小拱可節省石料26立方米,減輕自重700噸,從而減少橋體對橋臺和橋基的垂直壓力和水平推力,增加橋梁的穩定性。第三,增加了美觀的外形。四個小拱均衡對稱,大拱和小拱構成壹幅完整的畫面,更輕巧美觀,體現了建築與藝術的完全統壹。第四,根據結構力學理論,露肩拱結構可以使橋梁在承重時處於有利狀態,可以減少主拱圈的變形,提高橋梁的承載力和穩定性。
③單孔。在中國古代的傳統建造方法中,壹般長橋往往采用多孔的形式,使每個孔的跨度較小且坡度平緩,易於建造。但多孔橋也有缺點,如橋墩多,不利於船只航行,阻礙泄洪;橋墩長期受到水流的沖擊和侵蝕,時間長了很容易坍塌。因此,李春在設計這座橋時,采用了單孔大跨度的形式,河中間沒有橋墩,使得石拱橋的跨度長達37米。這是中國橋梁史上前所未有的創舉。
趙州橋不僅在設計上獨樹壹幟,而且在建築技術上也很出色,富有創造力。
(1)橋選址合理,橋基穩定。根據他多年豐富的實踐經驗,經過嚴格細致的勘探和比較,李春選擇了* *河兩岸較為平坦的地方建橋。這裏的地層是河流沖積而成的,地層表面是被水沖刷的粗砂層,其次是細石、粗石、細砂和粘土層。根據現代計算,這裏的地層可以承受每平方厘米4.5至6.6公斤的壓力,而趙州橋的地面壓力為每平方厘米5至6公斤,可以滿足大橋的要求。橋址選定後,在橋上修建了地基和橋臺。到目前為止,橋基只下沈了5厘米,這表明這裏的地層非常適合橋梁建設。
(2)趙州橋的砌築方法新穎,便於施工和維修。李春就地取材,選擇了附近縣出產的堅硬的藍灰色砂巖作為建橋的石料。石拱鋪設方式采用縱向(順橋向)鋪設方式,即全橋由28個獨立拱片沿寬度方向並排組成,拱厚為1。臭氧測量儀。每張優惠券都是獨立操作的,非常靈活。每張優惠券完全關閉後,它就成為壹個獨立的咒語。這種砌築方法有很多優點,它不僅可以節省用於制作“腳手架”的木材,而且便於移動;同時,有利於橋梁的維護。如果拱券的石材損壞,只需嵌入新石材並進行局部修整,而不必調整整個橋梁。
(3)采取了許多嚴格的措施來保持橋梁的穩定。李春采取了壹系列技術措施來加強拱門之間的橫向連接,使28座拱門形成壹個緊密牢固的有機整體。l)各拱片采用“分點”的方法,使各拱片向內傾斜並相互靠緊,以增強其橫向聯系,從而防止拱石向外傾倒;在橋的寬度上,也采用了少量的“分界點”,即從橋的兩端到橋的頂部逐漸減小寬度,從最寬的9.6米減小到9米,以加強橋梁的穩定性。2)在主票上沿橋寬方向均勻布置5根鐵拉筋,穿過28張拱票,每根拉筋的兩端在石外露出半圓頭,以夾緊28張拱票並增強其橫向連接。四個小拱門上各有壹根鐵拉桿,起到同樣的作用。3)在靠近外側和兩端小拱的幾塊拱石上覆蓋壹層拱石,以保護拱石;拱護石兩側有6個鉤石鉤住主拱石使其牢固連接。4)為使相鄰拱石緊密貼合在壹起,在外券兩側相鄰拱石之間穿入起連接作用的“腰鐵”,券間相鄰石也與拱背上的“腰鐵”穿入,將拱石連鎖。而且,每個拱石的側面都鑿有細斜紋,以增加摩擦力並加強每個券的橫向連接。這些措施使全橋成為壹個緊密的整體,增強了全橋的穩定性和可靠性。
(4)趙州橋的橋臺是獨特的。橋臺是全橋的基礎,必須能承受主拱圈(橋梁主體)軸向力分解出的巨大水平推力和垂直壓力。趙州橋的橋臺具有以下特點:1)拱腳低:拱腳僅低於河床約半米;2)淺橋基:橋基面約65438+拱腳0.7m3)短橋臺:自上而下,長5米、寬6.7米、高9.6米的橋臺用逐漸略微加厚的石條砌成。這是壹種經濟、簡單、實用的橋臺。為了保證橋臺的可靠性,李春采取了許多相應的地基加固措施。為了減少橋臺的垂直位移(即橋梁主體的垂直壓力引起的沈降),李春采取了在橋臺旁邊打入許多木樁以加固橋臺基礎的措施;這種方法在今天的工廠和橋梁建設中也經常使用。為了減少橋臺的水平移動(即橋臺因橋梁主體的水平推力而向後移動),李春采用了延長橋臺後座的方法來抵消水平推力。為了保護橋臺和橋臺,李春還沿河設置了菱形墻,壹方面防止水流的侵蝕,另壹方面使菱形墻與橋臺和橋臺融為壹體,增加了橋臺的穩定性。上述措施確保了橋梁具有牢固的橋臺,提高了橋梁的穩定性。