趙州橋為什麼要造拱形（為何採用拱形結構）

2023-04-28 06:57:02 1

摘要：跨越千年，趙州橋與你相見。儘管千年夠久，但仍敵不過歲月的摧殘。古代聰慧的中國人之所以能設計製造出跨越千年的高質量古橋，正是因為古代工匠的樸素力學思想。本文就從力學的角度，簡單分析下古老的趙州橋跨越千年的原因。

關鍵詞：趙州橋，拱形，力學

引言

小學課本的著名文章之一，就是趙州橋。趙州橋被譽為世界上現存最古老的一座石拱橋，它歷經一千四百多年仍屹立不倒。但是，實際上，除了跨越千年的愛情，跨越千年的石頭也敵不住歲月的摧殘，石頭會風化，最終變成塵埃。

破損的老趙州橋（梁思成拍攝）

局部細節

為了加固，石頭與石頭之間用腰鐵連接。整座橋裡的石頭，會在自重的作用下，互相擠壓，所有的石頭受到的都是擠壓力。

拱形的力學原理

正是由於拱橋的石頭受到的都是擠壓力，才讓趙州橋能夠跨越千年。因為，大多數材料，包括石頭，其抗壓性能要遠好於抗拉性能。通俗點說，材料拉的話容易壞，但是壓的話不容易壞。下圖是低碳鋼和鑄鐵的拉壓比較。

低糖拉壓比較

鑄鐵拉壓比較

圖中明顯看出，壓縮的力要比拉伸的力大很多。特別是低碳鋼，由於是韌性材料，是沒辦法壓壞的，只會越壓越扁。從承受力來講，低碳鋼的承受能力可以無窮大。實際上當然並不可能。特別是對於結構而言，發生塑性變形就認為失效了，塑性變形的應力與拉伸一致。

鑄鐵（左）和低碳鋼（右）的壓縮

總結

跨越千年的愛戀，來到了趙州橋的身邊。然而物非人更非，由於石頭的風化，修復後的趙州橋再也不是原來的那個趙州橋。儘管如此，古趙州橋依然屹立了一千多年，見證了千年的愛戀。它之所以屹立不倒千年，就是因為採用了擠壓的拱形結構，充分利用了石頭的受壓性能。

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