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虎踞桥的建筑构造与受力分析
时间： 09:00作者：建筑工程系点击数：
（虎踞桥研考之二）镇江技师学院 & &李厚豪一、虎踞桥的形式、所用建筑材料和施工方法 & &虎踞桥的形式是单孔石拱桥。根据虎踞桥的拱圈、山花墙及基础的形式，可看出该桥的明代建筑风格。桥的河床较低（桥拱顶与河床高差为10米）；河岸宽度不大（宽约为30米）。因为当时造桥的工匠师们既要考虑船只运输频繁和汛期的通航能力，又要满足行人和车辆的通行，还要考虑建筑艺术和风格。所以，工匠师们选择了单孔半园形石拱桥的设计思路和方案。 & &该桥所用的建筑材料：基础为杉木桩基；前墙、拱圈和护拱石均为花岗岩加工成的粗料石；山花墙为石灰岩加工的块石；砂浆采用石灰糯米汁灰浆。 & &施工方法采用土牛拱胎施工。因为这种施工方法简单经济，就地取材，安全可靠。只要在南北桥台之间用土或砂填筑，顶部的弧形曲面与拱圈的拱腹标高吻合，顶宽比拱圈宽0.5--1.0米，适当放坡，并在土胎下预埋涵管，供水流通过。当拱圈砌筑完毕，达到一定的强度后，就可将土胎挖除，然后进行上部结构施工。 二、桥面的构造与受力定性分析 & &虎踞桥桥面原为驼峰式建筑特征。桥面上共有十二生肖石画像栏板二十四块；汉白玉望柱二十六根；抱鼓四只。它们既起安全维护作用，又起桥梁装饰作用。桥面中间为一米多宽的石板坡道，供独轮车辆通行；两侧是石板台阶，供行人行走。桥顶为近两米宽的千斤石。 & &笔者对虎踞桥进行考研时，搜寻到该桥望柱一根，由汉白玉大理石雕琢加工而成。高为1.15米；宽为0.24米；厚为0.24米。柱顶是直经为0.22米半球状柱头。该石柱上有四道纤绳磨出的明显印痕，最深的为35毫米。这印痕是纤夫的象征；是岁月的沧桑；是历史的留念。根据考研确定该柱是桥南西边的第一根望柱。理由有二：首先，该望柱上有纤绳磨出的印痕；其次，望柱两侧的榫口不对称，其一侧与栏板相连，另一侧与抱鼓相连。所以它不是中柱，是边柱。 & &笔者还发现石画像栏板一块，长1.30米，宽0.62米，栏板上有画框，画框内是火焰羊和聚宝瓶遨游在波涛上。该石画像象征这座桥吉祥（羊）平（瓶）安。据说一共二十四块，分别为十二生肖的吉祥平安画像。 & &千斤石受力定性分析： & &当桥顶上有集中荷载时，由于千斤石的存在，传递到拱圈的荷载已转变为面荷载了，所以千斤石能将集中荷载过渡成面荷载，能在一定程度上限制拱圈的变形，增大拱圈的强度、刚度和稳定性。 三、山花墙的构造与受力分析 & &虎踞桥的山花墙采用石灰岩或大理岩的块石砌筑，并且有百分之十的收分。东西山花墙上各有一对称桥耳（也称螭首、吸水兽、龙头石）伸出。她象征无角的龙，起建筑装饰作用。民间传说是监视桥下的水怪，不准它兴风作浪破坏桥梁。其实桥耳除对桥起装饰作用和体现建筑风格外，它主要是将两侧的山花墙拉接起来，增强两侧山花墙抵抗填土侧压力的能力。在建筑结构上，桥耳起连系梁作用。 & &山花墙和桥耳受力定性分析： & &山花墙的收分有利于墙体的稳定。山花墙除承受两侧的土压力外，还将桥台与路基连成整体，从而加强了桥体的稳定。 & &当桥面上的荷载传递到拱圈时，桥耳（连系梁）能在一定程度上限制拱圈的变形，并与桥面、桥台和基础组成了整体，加强了桥的整体性、稳定性和牢固性。 四、拱的构造与受力定性分析 & &虎踞桥的拱圈是由纵联分节并列式的 9道拱圈石（拱板）和 8道水平锁石（龙筋）组成。拱矢 f= 6.15米；半径 R= 5.56米；拱跨 L=11.12米；拱顶宽为9.85米；拱脚宽为 10.20米。显然，拱脚与拱顶之间采用了少量收分（收分计0.35米）。拱背两侧增铺了一层护拱石，东侧为23块，其中拱顶有 5块是近代制作；西侧为22块，其中拱顶有 4块也是近代制作。 & &建立该桥拱轴线的参数方程： & & & ┌ X= (R+δ)+(R+δ)cosθ=(5.56+δ)+(5.56+δ)cosθ & & & └ y= (R+δ)sinθ+(f-R)=(5.56+δ)sinθ+0.59 & & & & & & & & & & & θ─圆心角 ( 0& θ & π) & & & & & & &
& & & & & & & & δ─拱轴线至拱腹的距离（米） & & & & & & & &笔者还发现该桥拱顶中部拱顶石上有八卦刻画一幅。画上有一对阴阳鱼清晰可见，但是由阳爻和阴爻所组成的卦符却无法辨认。据说元大德五年（1301年）将镇江最大的道观，唐肃宗乾元年间（ 759─ 760年）建于唐颓山的乾元万寿宫移建到仙鹤巷，直至1923年以前主持道士还供奉香火。另外在南门大街附近还有玄妙观和道崇观。所以拱顶中部的八卦刻画是与镇江道教兴衰有关，还是与镇江道教捐资造桥有关，它意味着什么，有待《易》学家给予解释。 & &桥拱受力定性分析如下： & &1.拱圈是跨越南北桥台的拱形结构。它支撑桥跨结构的全部恒载及行人行车的活载，并通过拱脚将力传递给南北桥台。 & &2.拱圈由纵联分节并列式的拱石组成，特别是水平锁石加强了拱圈的横向整体性和稳定性。即使某块拱石损坏坠落，也不会影响桥的使用和承载能力。 & &3.采用拱顶宽窄于拱脚的少量收分法，能够抵抗拱圈受挤压后两侧的拱圈向外挤出，增加了拱圈的稳定性。其筹划可见古人的周密精详。 & &4.券脸石上的护拱石（伏券、眉石）布满全部拱圈，以支承实体拱墙，对两侧拱圈起加固和稳定作用。同时避免山花墙砌筑时撞击券脸石。另外也起到券脸石不受墙面水淋。 & &5.因为拱脚与桥台接触处，既有垂直压力，又有水平推力，匠师们在桥台面上设有榫槽，槽宽 0.1米，深 0.1米。这样，拱与桥台形成整体，不会产生相对水平位移，所以拱的稳定性得到提高。 五、桥台和基础的构造与受力定性分析 & &虎踞桥上的静荷载、动荷载和自重都是由两边的桥台承担。桥台还要经受河水的冲刷和洪水的冲击。另外，桥台还要抵抗大小船只和各种漂浮物的撞击。而基础既要承受桥台传来的荷载，又要经受河水的冲刷和掏空。所以，桥台和基础的牢固和稳定关系到桥的存亡。 & &虎踞桥的桥台对称分部在古运河的南北两岸，属于重力式Ｕ形桥台，采用长条块石砌筑。它由前墙（金刚墙）、山花墙和内填土组成。 & &1961年进行修缮时发现虎踞桥的基础采用的是杉木桩基础（桩径约为 150mm，桩长和地钉长待考），桩上是块石承台。当时发现桩基内外淤泥较多，就开始清淤加固，谁知清淤时不断有流沙涌出，导致无法清淤和加固。由于当时建筑科技和机械设备的限制，只好放弃清淤和加固工作。至今也近四十年了，桥台和基础基本完好正常。 & &桥台和基础受力定性分析如下： & &1.前墙主要承受由桥拱传来的垂直压力，还要抵抗台背的填土对它的压力，所以采用重力式Ｕ形桥台能达到足够的强度和稳定性。 & &2.承台（长桩帽）将桥台传来的荷载传给木桩群，木桩群对土壤进行挤密加固，同时又将荷载传递到下面较密实的持力层上，从而保证地基受力均匀。 & &3.杉木桩基础将桥台传来的荷载直接传到地基中。该木桩属挤密摩擦端承桩，推测桩长 4米左右。俗话说：“立木顶千斤；干千年，湿千年，干干湿湿两三年”它充分说明造桥匠师们灵活运用了木材的抗压和在水中耐腐能力的性质。