园林石拱桥有哪些分类？单孔与多孔如何计算跨径与失高？

园林石拱桥有哪些分类？单孔与多孔如何计算跨径与失高？

　　中山大道景观提升规划,丰兴广场景观设计,网红景观园林景观设计中，造景元素很多，园林石拱桥则兼具实用与观赏俱佳，可谓增益良多。今天我们跟小伙伴们一起探讨一下园林石拱桥的设计。

　　为了让大家更直观、清楚的理解掌握园林石拱桥设计，咱们就先拆解从以下4个知识点：

　　敞肩拱石拱桥失跨比设计尺寸，敞肩拱建桥构成要素，无铰拱的桥台桥基受力分布；

　　园林石拱桥的设计分类及专业术语，单孔与多孔桥的设计特点、失高和跨径设计方法

　　一、敞肩拱石拱桥失跨比设计尺寸，敞肩拱建桥构成要素，无铰拱的桥台桥基受力分布；

　　最为古老的赵州桥，又名“安济桥”。我国建设保存完好的第一座石拱桥，建成于公园605年，隋朝石匠李春主持设计施工建造的赵州桥，距今1400多年的历史。

　　典型的敞肩无铰拱结构，就是在主跨拱圈拱背两侧各设两个小拱圈，因而被称为敞肩拱，或是空腹拱。李春主持设计建造的赵州桥，全长64.40米，主跨37.02米，失高7.23米，失跨比值1：5，上窄下宽，桥面宽度9.00米，桥台长约5.0米，宽度9.60米，五孔设计，小孔跨径分别3.81米和2.85米。坦拱、敞肩、空腹、设28道轴向肋拱，无铰拱结构设计。

　　对于桥台桥基受力安全，排洪泄洪，水平作用力与竖向横向载荷分布均匀，结构严谨简洁，线条圆润，造型美观，受力方式刚劲科学。赵州桥反复多次久历洪水、地震、风灾、战争等毁灭性力量而尚存，可见其高超的设计水平和建造技艺。建桥历史虽晚于古罗马，但敞肩拱空腹结构方式，却是世界桥梁史上首创，美观性与桥梁竖、横向受力高度完美契合，冠绝古今，成为世界桥梁史上建桥之最！

　　二、“筏形基础”的建桥设计思路以及桥梁建设的附属建筑设施在建成后的实际作用。

　　福建泉州洛阳桥，又名“万安桥”。建于公园1053～1059年间，属于跨海梁式大石桥。由宋代泉州太守蔡襄亲自主持监工建造，耗银接近1500万两。整座桥梁采用筏形基础，全部材质由花岗石砌筑建造，宏伟壮丽。

　　桥亭、桥台两侧碑林林立，和“万古安澜”宋代摩崖石刻，桥北“昭惠庙”，桥南“蔡襄祠”，其内《万安桥记》书法之髓、记文之深、雕刻之美，被誉为“万安三绝”。是我国典型的桥梁设计民族文化，从这些碑刻石刻文字记载中，显现了当时的社会管理制度，营造水平，文学才艺，风土人情等。同时也是中国成为世界桥梁史上“筏形基础”的开端发祥地，对于中国乃至世界，石拱桥桥梁建造设计研究，提供了大量珍贵的研究文献资料！

　　保存较好的第三座石拱桥则是北京的卢沟桥。始建于南宋末年，也是元朝大金时期，公园1189年，全桥总长266.50米，桥面宽度7.50米，总宽约9.50米。入口呈喇叭状，宽32.00米。10墩11孔，属于多跨多孔连拱石拱桥。桥身两端设有碑林、碑刻、和汉白玉碑亭。

　　桥面两侧石柱镶嵌石制雕刻栏板，栏板高0.850米，281个望柱各高1.400米。每柱顶端雕刻有造型石狮子，形态各异，共485个。或背或抱，或举或卧，或立或跃，抚摸仰望，生动形象，神态逼真，雕工细腻，其工艺精湛的石刻艺术非同凡响，享誉世界！

　　通过泸定桥需充分了解并掌握：多孔桥桥孔分布数据呈奇数的特点，符合中国传统审美的民族文化要求；桥体设计尺寸与环境的关系；多孔桥望柱栏板的实用性和装饰性。

　　板拱，肋拱，箱型拱，双曲拱，桁架拱，基本为比较大型的桥梁，本文不作主要叙述；园林景观设计中，为设计受力科学和施工便利起见，又分类为陡拱和坦拱。

　　通常挺拔险峻，彩虹一般俊丽多姿。如颐和园的玉带桥，桥面只能行人步行通过，桥身挺拔则能更好地满足桥下船运，这个特点在长江以南因水系密布，故使用最为广泛；

　　颐和园玉带桥就是比较典型的陡拱设计，而且是无铰拱，陡拱分类中的双心拱。如下图：

　　从上图中，可以看出两心拱就是具有两个圆心点的设计。图中ab两点是双心拱桥的计算跨径，o点~m点是该桥的计算矢高，c点与d点分别是该双心拱桥的两个圆心点。沿拱轴线上下两侧，位于拱轴线上侧的为拱背线，位于拱轴线下侧的为拱腹线。拱腹线与拱背线之间的高度则是拱券石。这个拱券石也是拱肋，是桥梁在横向方面依次排列建造的施工依据。

　　拱形平坦，适合通车或人车通用。如赵州桥，赵州桥既是坦拱，又是敞肩拱。敞肩拱就是在坦拱两端的上方增设两个小拱，小拱的作用不仅减轻桥身荷载，同时又能起到防洪泄洪的作用，还能延长桥身，使桥身受力分布均匀。造型美观，受力科学，在世界桥梁史上首开先河。

　　图中表明了计算跨径与上图CAD图纸中的计算跨径相同，但采用了割圆法的设计，矢高却是差别很大，是一个比较平坦的坦拱石拱桥。该桥主要表现计算失跨设计，失跨比值大约1:2.5。陡拱与坦拱的失跨比差别明显，竖向与横向荷载分布均匀，且都是无铰拱桥设计，受力刚劲，坚固耐用，节约投资，使用广泛。

　　无铰拱、双铰拱与三铰拱，前面的无铰拱与双铰拱属于超静定结构，后面的三铰拱为静定结构。

　　(1)无铰拱，在桥身受力分布方面，主要是由，沿桥身轴向至桥台桥基受力，桥身两端固结于桥台。优特点是受力强度刚度较高，受压受力刚劲，变形系数小，预算经济，节约投资，是石拱桥普遍采用的修建方式，施工建成数量最大。缺点是桥体伸缩与地基沉降，和温度变化引起的变形几无调节，因此，无铰拱的石拱桥设计，必须考虑桥台桥基受力安全，地基与基础坚固结实，稳定耐用；

　　（2）双铰拱是在桥身两端桥台桥基设置拱铰，拱铰是可以转动的桥支承，结构方式虽不如无铰拱受力刚劲和费用经济，但可减弱桥梁位移伸缩方面的不利因素。对于地基受力条件较差的地区，不宜使用无拱铰的建桥选址，则可使用双铰拱的结构方式；如下图：

　　（3）三铰拱则是在双铰拱拱顶再增设一道拱铰，结构刚度较之前两者较差，结构方式和维修也更加复杂，且不经济费用较高。因此，不太适宜主拱圈建桥。在园林设计较小跨径的石拱桥建设过程中，这类桥梁用之较少。如下图：

　　三铰拱除了上述情况，还可以进一步因为设计需要，分类为：带拉杆的三铰拱与带吊杆的三铰拱，均是静定结构。

　　这个问题有必要陈述一下：从力学性能角度定义，具有多余约束的几何不变体系，多余约束是指在静定结构上的附加约束，每一个多余约束都带来一个多余未知广义力，并且其总数超过该桥所能列出的独立平衡方程的总数，超出的内容称之为结构的静不定度或静不定次数。这种力学分布特征称为超静定结构，又称静不定结构。受力特点刚劲，变形系数小，是小跨径石拱桥设计建造的最佳经济选择。

　　在静定结构中，未知广义力的数目相等于该桥结构中所能列出独立平衡方程的数目。能够用平衡方程可以解析确定全部内力，和约束力的几何不变结构，称为静定结构。

　　对于静定结构受力特点的桥梁，一般非专业人士是不容易弄得清楚，但也不用着急，在园林景观设计项目中，一般使用无较拱结构也就足够使用了。倘若无铰拱结构尚有疑问，可以交流或者私信，一定答疑解惑！

　　木制结构拱桥；砖制结构拱桥；砖木混合结构拱桥；石制结构拱桥；石木混合结构拱桥；石、砖、木混合结构拱桥；钢结构拱桥；钢筋混凝土结构拱桥；钢材与钢筋混凝土混合结构拱桥。

　　（1）单孔石拱桥。桥身既有坦拱也有陡拱之分。尤其陡拱，如颐和园玉带桥，桥跨11.38米，失高7.50米，失高比值小于1：2。拱券陡峻，桥身纤薄，驼峰突起，拱高而顶薄。观之，顿感柔和轻松妖娆多姿，曲线双向弯曲，和谐优美，独具一格。这种桥梁的设计，一般是根据地形和使用性质展开设计。

　　（2）多孔石拱桥，奇数孔设置（偶数较少），遍布全国。桥身普遍较长，稍显厚重，但因连续起拱并呈现，从中间沿纵轴向，至桥身两端黄金比例缩小，依次排列，具有强烈的节奏感。因此，虽大，却不失灵秀，且典雅端庄大方。是我国古代桥梁史上比较大型的桥梁建设，适用于宽阔大型水面尤佳！

　　现存比较完整的也比较多，除去前面已经分享的北京卢沟桥，还有建成于清乾隆年间，北京颐和园昆明湖的十七孔桥等等。昆明湖占地面积较广，常年水位变化不大，修建十七孔桥也能很好地与环境相得益彰。

　　十七孔桥属于奇数孔，多孔连孔石拱桥。桥的两端出入口分别呈喇叭口，为桥面宽度3～4倍设计。全长150.00米，桥面宽度8.00米。仿卢沟桥桥型而建，共有造型各异的石狮子544个。

　　颐和园昆明湖十七孔桥。设计的重点在于桥孔分布比例，桥基承台受力安全，分水金刚墙桥墩三个方面至关重要。

　　桥孔分布具体方法：取中间最大桥孔为两侧桥孔尺寸的设计基数，以此类推，计算净跨和计算失高，依次按照4/5~4.5/5比例缩小，桥孔分布尺寸就可以得出。如下图：

　　分水金刚墙的设计：承载桥体和桥面的支承构件，由平水墙和分水尖组成。分水尖可以设计为水滴形或者三角形，以减小流水阻力从而达到保护分水金刚墙之目的。

　　桥基承台。是桥体受力的建筑基础，须得坚固耐用。为保护桥墩基础，通常在河底至持力层，铺设护底石，也称为“装板石”，护底石外的上下游两侧，安装“护底牙子”作为栏边。它的主要作用是防止水流冲刷固土保基，以免影响河床和桥墩基础安全。如下图：

　　桥的两端为靠岸式边金刚墙，也是桥梁设计的主要构件，一般根据入口喇叭形状，八字形分布，必须基础坚实，经久耐用。边金刚墙的用途，呈喇叭口八字形，不仅仅是维护岸基，还担负持续保持稳定桥身，抵御桥身两侧横向推力，作用巨大。

　　桥面铺设和桥面栏槛望柱的设计，不影响竖向受力则只是装饰的问题。栏槛造型雕花，可根据桥梁用途，或者地方民族特色进行雕刻图案设计。望柱安装包夹栏板，必须安装牢固，望柱一般安装在地栿上，采取石榫榫卯植筋结构比较妥当。横向推力即以扶手和望柱顶部，水平向外的推力大于1Kn/m，受力稳定，可很好抵御人为使用过程中的横向推力。

　　多孔桥连拱应当怎样设计分布？失高和跨径怎样设计？多孔桥有哪些设计特点？多孔桥三个重点。

　　本文较为完整地编写和叙述了，中国园林石拱桥的发展历程。中国石拱桥的建造设计方法，与中国园林石拱桥桥梁设计有关的民族文化特色，和园林拱桥基本建造设计分类，设计要求以及相对应桥梁的施工建造工艺。

　　我国石拱桥的建造技术和发展水平，囊括建筑设计、力学、数学、材料学、工程学、绘画学、美术学、地质学、管理学、民俗学、宗教、哲学、石刻艺术等，是中华民族上下几千年来，民族智慧的高度结晶，是桥梁史上民族的瑰宝！其高超的设计建造方式和工艺技术水平，领先西方世界，在当时世界桥梁史上史无前例，领风气之先！

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