中国古代木拱桥的结构和受力特点是什么

从整个世界范围来看，木制拱桥并不算常见。当今中国也并没有保留下明代以前的大型木制拱桥。木料本就容易腐朽，建于河流之上的桥梁受湿气影响重，显然更加不利于长期存留。

木料本身的材料特性决定木制桥梁建成梁桥远远比建成拱桥方便得多。中国石拱桥发展很早，至迟汉代就有出现，但是同期的木制桥梁则仍然以梁桥为主。其中不乏巨型工程，如秦修建的中渭桥，汉朝修建的东西渭桥都是木梁结构。拱桥通过一个水平推力把原本由荷载产生的弯矩应力变成压应力或者大部分转化为压应力，拱区别于梁的最大之处就是存在水平推力。

拱桥以承受轴向压力为主的拱圈或拱肋作为主要承重构件的桥梁,拱结构由拱圈(拱肋)及其支座组成。

拱桥孔数上有单孔与多孔，多孔以奇数为多，偶数较少，多孔拱桥，如果当某孔主拱受荷时，能通过桥墩的变形或拱上结构的作用将荷载由近及远的传递到其它孔主拱上去，这样的拱桥称为连续拱桥，简称连拱。

江浙水乡的三、五、七、九孔石拱桥，一般是中孔最大，两边孔径依次按比例递减，桥墩狭薄轻巧，具有划一格局，令人钦佩。由于桥孔搭配适宜，全桥协调匀称，自然落坡既便于行人上下，又利于各类船只的航运。杭州市城北的拱辰桥是三孔的一例，建于明崇祯四年（1631年）。

有的桥孔多达数十孔，甚至超过百孔，如1979年发现的徐州景国桥，就有104孔，估计它是明清桥梁。多跨拱桥又有连续拱和固端拱，固端拱采用厚大桥墩，在华北、西南、华中、华东等地都可见到，连续拱只见于江南水乡。按建拱的材料分有石拱、木拱、砖拱、竹拱和砖石混合拱。

从整个世界范围来看，木制拱桥并不算常见。当今中国也并没有保留下明代以前的大型木制拱桥。木料本就容易腐朽，建于河流之上的桥梁受湿气影响重，显然更加不利于长期存留。

木料本身的材料特性决定木制桥梁建成梁桥远远比建成拱桥方便得多。中国石拱桥发展很早，至迟汉代就有出现，但是同期的木制桥梁则仍然以梁桥为主。其中不乏巨型工程，如秦修建的中渭桥，汉朝修建的东西渭桥都是木梁结构。

比较典型的中国木拱桥出现在北宋仁宗时期，出现地为当时的青州。木拱桥的发展主要是为了应对梁桥跨高不足，水中有柱导致容易被洪水。《渑水燕谈录》记载：“青州城四面皆山，中贯洋水限为二城，先时跨水植柱为桥，每至六七月间，山水暴涨，水与柱斗，率常坏桥，州以为患……”

解决这个问题是明道年间（1032-1033年）青州的地方长官。他“垒巨石固其岸，取大木数十相贯，架为飞桥，无柱……”青州木拱桥修成后至少五十多年桥没有损坏。这种新的木拱桥出现后发展很快，临近的宿州也采取了这种方式修建了跨越汴河的桥梁。首都汴梁紧随其后，木拱桥也随之出现。

北宋木拱桥已经没有实物留存，现今对它们的了解最主要的证据来自名画《清明上河图》中对跨越汴河的虹桥的绘制。

中国古代木拱桥的主要特点是采用编木拱。由桥梁两侧的纵向拱架系统相互穿插和若干横向横木联结。这种编木拱不需要将木料弯曲成型，架设相对简单，受力结构也不复杂。

北宋的木拱桥实际上是采取了所谓虹梁结构。简单地说，这座桥相当于把一般木梁桥平铺的梁架做成拱的形状。具体来说，虹桥先由三根长圆木纵梁河两根木横梁连成八字形拱架，然后再由四根稍短原木和三根横梁组成四折边形。每根拱骨搁在另一组拱骨中间的横木上。连接处以棕绳或铁件箍扎。从实际效果看，虹桥和青州拱桥一样相当结实，维系八九十年不成问题。

不过这种木拱桥持续时间很短，宋朝末年已经失传，之后北方地区也没有类似的尝试。目前中国存世木拱桥主要集中在浙南闽北的一些县市。闽浙木拱桥的结构和虹桥有相似之处，但是也不尽相同，和虹桥的工艺是否存在继承关系存疑。

与虹桥相比，闽浙木拱桥的第二拱架系统从四折变为五折，中央拱骨水平。第一第二系统之间塞小木料增加稳定性。拱架结构整体看上去是一个八字形，桥面坡度平缓利于车行。而拱架木料之间则基本采用榫卯结构相联结，比起虹桥的箍扎，是个显著的进步。

同时闽浙木拱桥普遍修成廊桥式。桥上的廊屋不仅可以给行人提供方便，也能增加桥梁重量，提高稳定性。对潮气腐蚀桥梁的问题起一定程度的缓和作用。

首先，我们来基本了解一下拱桥的结构形式与受力特点。拱桥在竖向荷载的作用下，在合理拱轴线的情况下，拱作为受力杆件，表现为主要承受轴向力，弯矩应该是要尽量避免的，这样才能充分发挥拱肋断面作为轴向受力元件的特点，高效率得利用构件截面。

既然我们知道了拱是轴向受力构件，那么，在拱的端部，也就是拱脚处，产生了X向，和Y向的反力，

所以，拱桥关键的受力问题要解决的是，拱肋自身的强度问题与拱脚处基础承受的水平与竖向力，这里拱桥更多的是体现在水平力上面，也就是拱桥最后其实应该是个推力结构。

好了，了解完拱桥的基本受力状况后，我们来了解一下古代拱桥的构造特点，中国古代拱桥更多是上承式拱桥，也就是桥面系与传载结构是在拱圈之上的，也就是所说的拱上建筑，所谓上承式。桥面直接承受荷载，然后传递到下面拱圈之上，最后传递到拱脚处。

因为没有查到具体的古人怎么建造拱桥的施工设计方法，所以，我想做这样的推算，就是我只有我上面这些可以通过显而已经经验所总结出来的理论，完全抛弃现代强度理论的知识，来推测一下古人的建造思路。

首先，拱肋是受压构件，古代的材料主要是木头与石块（我这里就主要讨论石拱桥了，木拱桥作罢），石头是很好的圬工材料，类似于现在的混凝土，由受压构件从而选择良好的圬工材料，这解释了古人在材料方面选择方面的这一环节。

然后，关于提到的拱轴线弧度的问题，我还要先解释一下，拱轴线的选择，在现今主要由，圆弧线，二次抛物线，高次曲线，悬链线等等，这里有个关键问题，问题中提到的，为什么古代拱肋的轴线弧度都比较大，因为弧度大，拱肋的拱的效应，也就是受压的特点才能体现过来，如果拱肋做得过于平坦，那么梁的效应就大大体现出来，弯矩的效应就大大增加，弯矩我们知道，会让拱肋断面上压下拉，圬工材料的软肋就体现出来了，受拉是绝对不利的，在现在，钢材是良好的受拉受压构件，二就算是现代的混凝土，受拉也是很吃力的，所以这就解释了为什么古人选择弧度比较大的拱轴线，也就是出于安全的考虑，当然弧度越大，曲线美也能更多得体现出来。

最后我想讨论一下就是关于基础的选择，据我所知，赵州桥的基础是极为良好的，这里涉及到的问题就不是拱桥所单独面对的了，所谓驳岸的冲刷，基础的沉降，赵州桥都控制的极为良好，基础作为拱桥生命线是极为关键的，下面这篇文章，有详细介绍赵州桥的耐久性问题，可以阅读理解一下：

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特点：中国建造拱桥的历史要比以造拱桥著称的古罗马晚好几百年，但中国的拱桥却独具一格。它有驼峰突起的陡拱，有宛如皎月的坦拱，有玉带浮水的平坦的纤道多孔拱桥，也有长虹卧波、形成自然纵坡的长拱桥。

拱肩上有敞开的（如大拱上加小拱，现称空腹拱）和不敞开的（现称实腹拱）。拱形有半圆、多边形、圆弧、椭圆、抛物线、蛋形、马蹄形和尖拱形，可说应有尽有。

孔数上有单孔与多孔，多孔以奇数为多，偶数较少，多孔拱桥，如果当某孔主拱受荷时，能通过桥墩的变形或拱上结构的作用将荷载由近及远的传递到其它孔主拱上去，这样的拱桥称为连续拱桥，简称连拱。

扩展资料

拱桥的发展历史：

世界上跨度超过300米以上的8座钢拱桥中，只有一座是无铰箱形肋拱桥，即美国尼亚加拉瀑布上的刘易斯顿-昆斯顿桥，建于1962年，拱跨3048米。

三铰拱因拱顶有铰，变形时有转折点，对高速行车不利，且顶铰构造复杂,维修不便,故只用于较小跨度的钢拱桥。钢拱桥的拱肋一般可作成桁架形、箱形或板梁形，分别称桁拱、箱拱和板拱。

早在1874年美国建成第一座钢拱桥，即跨越密西西比河的圣路易斯桥(见桥梁工程发展史)。1931年美国建成跨度5036米的贝永桥，1932年澳大利亚建成跨度503米的悉尼港桥，均为双铰桁架拱。

参考资料来源：百度百科-拱桥

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