趙州橋不但有個弧形的大拱,而且在橋肩有4個小拱。當山洪暴發時,小拱可以把洪水泄走。趙州橋堅固的秘密正在拱上。
近年來,我國科技人員和工人繼承並發展了拱橋建築的傳統,創造了雙曲拱橋。
雙曲拱橋的外形同一般的空腹式拱橋好像並沒有什麼區別。但是你如果走到橋下一看,就會發現它的“肚皮”是凹的,好像是由幾條自行車的擋泥板拚起來的,真是拱中有拱。這種橋的優點是:造價低、載重負荷大、施工方便、節省材料。宏偉的南京長江大橋的公路引橋便是這種雙曲拱橋雞蛋的形狀也有學問,我們用一隻手很難把雞蛋攥碎,可是,剛出生的小雞,卻可以啄破蛋殼。這是為什麼呢?讓我們來做個實驗。
把半個蛋殼放在桌子上,凸麵向上,然後用一支鉛筆來戳它。這支鉛筆的筆尖不要太尖,手拿鉛筆從離蛋殼5~10厘米的高處,讓鉛筆自由落下。你會發現蛋殼並沒有被戳破。再把蛋殼翻過來,讓它凹麵向上,下邊墊一個小酒杯,再用同樣的高度和辦法一戳,你會驚奇地發現蛋殼竟然破碎了。
這說明,凸曲麵能把外來的力沿著曲麵均勻地分散開,雖然它很薄,也受得住較大的壓力。
如果把屋頂也做成“蛋殼”形狀,不是可以省下大批材料嗎?這就是建築上的薄殼屋頂,它的形狀有好多種。有的如同蛋殼,有的好似烏龜殼,有的像半個皮球……城市裏的建築采用多種多樣的薄殼,就會顯得更加豐富多彩。
那麼,能不能造個“烏龜殼”來作為建築物的基礎呢?大家知道,蓋房子,豎鐵塔,都要先打基礎,這些基礎通常是鋼筋混凝土結構。如果在地下修一個拱形的烏龜殼來代替它,不是可以省下大批材料嗎?早在多年前便有人提出了“薄殼基礎”的設想,直到近些年才實現。
常用的一種薄殼基礎,很像一個倒扣在地下的大碗。這個薄薄的大碗雖然支撐著高大的鐵塔或煙囪,卻能把它所承受的巨大壓力傳到下麵的土壤中去。采用這種薄殼基礎,要比實心基礎節約混凝土30%~50%,還可以節約大批鋼材。
知識點
大氣壓力發展史
為了證明大氣有壓力存在,以及測定大氣壓強到底有多大,科學家們花費了大量的精力。
著名的科學家伽利略,雖然發現了抽水唧筒不能把水吸到高於9.8米的高度,但是無法解釋它的原因。直到他去世後的一年(1643年),才由他的學生托裏切利用大氣的壓強進行了解釋。當時托裏切利測得大氣的壓強是76厘米水銀柱高。
其後不久,托裏切利的解釋被實驗所證實,其中最有名的實驗,就是德國科學家馮·葛利克於1854年進行的。
葛利克用銅做了兩個中空的半圓球,直徑是1.2英尺(約合37厘米),兩個半球的邊緣都鑲了塗有油脂的皮圈,使它們合在一起的時候不會漏氣。
起先,把這兩個半球合在一起,輕輕地一拉,它們就分開了。接著,又把這兩個球粘在一起,抽去球內的空氣。這次人再也拉不開了,改用16匹馬,一邊8匹,向相反的方向拉,才把銅球拉開。
這是因為抽氣前,球內外所受的氣壓相同,輕輕用力就可以把兩個半球分開,抽氣以後,球內的氣壓很低,幾乎沒有,銅球受到外部氣壓的作用,被緊緊地壓在一起,據計算這種壓力大約有2000多千克呢,難怪很難把它拉開。
延伸閱讀
趙州橋三絕
1.“券”小於半圓:中國習慣上把弧形的橋洞、門洞之類的建築叫做“券”。一般石橋的券,大都是半圓形。但趙州橋跨度很大,從這一頭到那一頭有37.04米。如果把券修成半圓形,那橋洞就要高18.52米。這樣車馬行人過橋,就好比越過一座小山,非常費勁。趙州橋的券是小於半圓的一段弧,這既降低了橋的高度,減少了修橋的石料與人工,又使橋體非常美觀,很像天上的長虹。
2.“撞”空而不實:券的兩肩叫“撞”。一般石橋的撞都用石料砌實,但趙州橋的撞沒有砌實,而是在券的兩肩各砌一兩個弧形的小券。這樣橋體增加了4個小券,大約節省了180立方米石料,使橋的重量減輕了大約500噸。而且,當洨河漲水時,一部分水可以從小券流過,既可以使水流暢通,又減少了洪水對橋體的衝擊,保證了橋的安全。
3.洞砌並列式:它用28道小券並列成9.6米寬的大券。可是用並列式砌,各道窄券的石塊間沒有相互聯係,不如縱列式堅固。為了彌補這個缺點,建造趙州橋時,在各道窄券的石塊之間加了鐵釘,使它們連成了整體。用並列式修造的窄券,即使壞了一個,也不會牽動全局,修補起來容易,而且在修橋時也不影響橋上交通。