基于汴水虹橋和閩浙木拱橋的結構探究

黃 蕾

（武夷學院土木工程與建筑學院，福建 武夷山 354300）

汴水虹橋和閩浙木拱橋，均為我國古代橋梁建筑行業的經典之作。

1 汴水虹橋

1.1 汴水虹橋簡介

汴水虹橋是我國虹橋結構的典范之作，雖然其建筑實體已不復存在，但因為名畫《清明上河圖》中對其有體現，所以依然聞名于行業之中。

根據相關文獻資料《東京夢華錄》以及《澠水燕談錄》中的描述，汴水虹橋完全具有虹橋的兩個重要特點，即結構上的“虛架無柱”以及形態上的“宛如長虹”。在結構方面，汴水虹橋的采用的是無柱設計，對船只的順利通行起到了保障作用，同時其“長虹”的形態，也為橋梁良好的跨度起到了重要的保障作用。

1.2 汴水虹橋的結構模型

在文獻《湮滅了九百多年》一文中，汴水虹橋的主拱由橫梁和縱骨兩部分組成，該模型可簡化成為二維結構簡圖（如圖1所示），從而能夠更加直觀的對汴水虹橋的主拱結構組成進行體現。

圖1 汴水虹橋二維結構簡圖

由圖1可以看出，在汴水虹橋的主拱結構之中，包含兩個縱骨系統以及橫梁。三節等長的木桿件也可被稱為“三節苗”，其共同組成第一系統；四節等長的木桿件也可被稱為“四節苗”，其共同組成第二系統。對橫梁進行應用，其主要作用就是與兩個縱骨系統進行搭接，從而形成主拱系統的整體完整。

在圖1之中，左數的第一根橫梁的搭接固定構成為三節苗的斜苗、四節苗的短斜苗以及四節苗的長；左數的第二根橫梁的搭接固定構成為三節苗的斜苗、三節苗的平苗以及四節苗的長斜苗；左數的第三根橫梁的搭接固定構成為四節苗的兩根長斜苗以及三節苗的平苗；左數的第四根橫梁的搭接固定構成與左數的第一根橫梁相同；左數的第五根橫梁的搭接固定構成與左數的第二根橫梁相同。

1.3 虹橋的受力分析

根據圖1，兩個縱骨系統均為由橫梁進行搭接所形成的整體，可以將其搭接處視為節點。主拱系統接收到橋面板上的荷載時，在第二、第四節點處（即圖1中第二、第四根橫梁），第一系統于此將荷載傳遞至第二系統，在其余的節點處，，第二系統則能夠將荷載傳遞至第一系統，也就是說，以橫梁為媒介，兩個系統相互對荷載進行傳遞，并且共同對來自于面板的荷載進行承擔，最終實現將荷載傳輸至基礎地面。

2 閩浙木拱橋

2.1 閩浙木拱橋簡介

閩浙木拱橋主要可以分為兩個部分，分別是拱形的橋體以及橋上的廊屋，其具有“橋上有廊、廊下為橋”特點，將橋與廊進行充分結合，其與周圍的景物相互進行映襯，充分的體現除了我國園林設計中“道法自然”的設計原則。

2.2 閩浙木拱橋結構分析

在主拱結構方面，閩浙木拱橋與虹橋具有較高的相似度，同樣由兩個縱骨系統與橫梁（可稱其為“牛頭”）進行交叉搭接組成，并且其主體結構同樣為拱形，并且其第一系統由三節苗所構成，第二系統由五節苗所構成。但是與虹橋不同的是，在閩浙木拱橋之中，其三節苗體系的組成為斜苗與平苗由兩個大牛頭進行搭接并形成一個整體結構，五節苗體系的組成則是斜苗與平苗由四個小牛頭進行搭接并形成一個整體結構。兩個系統相互進行穿插，并形成一個主拱系統，與此同時，對剪刀苗、馬腿以及將軍柱進行架設，不僅能夠增強橋體的結構，還能夠有效避免橋體發生側移。

2.3 閩浙木拱橋的受力分析

閩浙木拱橋的外部荷載主要為橋面上的車、馬、行人以及橋上廊屋的自重，通過橋面苗，荷載能夠被傳輸至主拱結構當中。與虹橋相似的是，在相互進行穿插的兩個縱骨系統之間，其荷載力同樣能夠相互進行傳遞，最終能夠傳輸至基礎部分，之后，基礎部分所產生的反作用力，實現橋體的受力平衡。

對剪刀苗和馬腿進行應用，主要目的是分擔桿件的軸向力，將剪刀苗和馬腿抵架在將軍柱上，以保證橋體的軸向穩定性。

3 使用SAP2000 軟件實施模擬分析

應用專業軟件SAP2000 進行，借助靜力分析法對梁單元進行模擬，并將兩種模型簡化成平面體系。在平面體系之中，將橫梁視為桁架，將節點使用鉸接進行代替，使用木材作為主要材料；與此同時，為了對不同結構的受力特性進行更加直觀的展示，提高對比分析工作的便利性，將兩種模型的跨度設置為20m，按照比例對其他尺寸進行相應調整；全部荷載在結構上均勻分布，荷載大小為5KN，共有5 處。根據sap2000 所生成的不同模型的彎矩圖、剪力圖及最大撓度，可以得到：（1）汴水虹橋：彎矩為2.88 KN·M，剪力為1.98 KN，撓度為8.58mm；（2）閩浙木拱橋：彎矩為4.8 KN·M，剪力為2.87 KN，撓度為11.48 mm。

可以發現，在相同跨度以及相同荷載的情況下，虹橋結構模型在彎矩、剪力以及撓度方面的數據均小于閩浙木拱結構。

4 總結

在本文中，筆者首先對汴水虹橋以及閩浙木拱橋的結構以及受力原理進行了深入的分析。通過應用SAP2000 軟件對橋梁模型進行相應的分析，認為在相同跨度以及相同簡單豎向荷載作用的情況下，虹橋表現出更大的剛度。