1779年,英國人以鐵為材料造了一座橋,開了鐵橋建造的先河。到了19世紀,鐵橋被人們廣泛接受,出現了許多跨度越來越大的鑄鐵拱橋,還有鑄鐵懸臂橋、鑄鐵桁架橋。
19世紀末期,歐洲造橋業開始使用鋼筋混凝土。後來預應力鋼筋混凝土問世,使強度成倍地提高,而成本成倍下降。正因為這個優點,在建橋材料中,鋼筋混凝土成為理想之物,在後來一直被各國廣泛地用來建造大跨度的懸臂橋。
中國人在造橋方麵也做出了卓越的貢獻。河北境內的趙洲石橋非常有名,設計者是一位名叫李春的隋朝工匠。這座橋是一座單孔石拱橋,跨度達37米,不但設計合理,造型也非常漂亮。1400多年來,車來人往,川流不息,從未間斷,它卻依然傲然挺立。
從古到今,木橋、石橋、鐵橋、鋼橋和鋼筋混凝土橋這樣幾個階段,構造了一部橋的發展史。現在,橋梁的種類越來越多,主要可分為4大類:梁式橋(桁架橋)、拱橋、懸索橋(吊橋)、懸臂橋。另外,現代出現的新橋大多采取混合型橋的造法,如斜拉索橋(斜拉橋)。人類由於有了橋,“天塹”就變為通途了。
在城市交通中,為了車流暢通,並安全地通過交叉路口,人們發明了立交橋,使城市交通從平地走上立體。1928年,美國首先在新澤西州的兩條道路交叉處修建了第一條苜蓿葉形公路交叉橋。1930年,芝加哥建起了一座立體交叉橋。1931年至1935年,瑞典陸繼在一些城市修建起立交橋。從此各國陸續在城市推廣建設立交橋。隨著城市人口流量的激增,立交設施越來越為各國城市建設者重視,且規模越來越大,橋形越來越現代和複雜,立交橋已成為城市交通不可缺少的一部分,成為城市建設美麗的風景。
中國古代石匠的傑作——弓形拱橋
我國河北趙縣南郊的洨河上,有一座世界著名的古代大石拱橋,叫安濟橋,又叫趙州橋。橋單孔,全長50.82米,橋麵寬約10米,跨徑37.02米,弧形平緩,拱圈由28塊並列的石條組成,上設4個小拱,橋麵裝有雕刻著精美圖案的石欄。整座橋不但堅實牢固,而且造形美觀。
這座弓形拱橋是中國古代石匠李春在公元610年設計建造的,它被完整無損地保存下來,至今仍在發揮著巨大的作用。公元725—729年間,人們就在這座大石橋上刻下了這樣的銘文:
“跨越洨河的石橋,是隋朝匠師李春建造的。它確實結構非凡,沒有人知道他是根據什麼原理造的。且看他的石工何等高妙。它的凸麵如此光滑流暢,拱石配合得如此完美……飛拱多麼高雅!橋孔多麼寬大,根本沒有橋墩!橋石之間的交叉和對接實在精確,砌塊密合如同磨盤和井壁;上百種形式聚合為一體。除了砌縫中的灰泥外,還用掐腰的錨鐵把石料連接在一起。兩邊插入的四個小拱可以平息咆哮洪水的怒濤,牢固地保護著橋梁。沒有這樣一位有深謀遠慮的人物施展他的天才,這樣的傑作是絕不可能問世的。”
趙郡洨河石橋,隋匠李春之跡也。製造奇特,人不知其所以為。試觀乎用石之妙,楞平砧所,方版促鬱。……緘穹隆崇,豁然無楹。……又詳乎叉插駢,磨礱致密,千百象一。仍糊灰璺,腰鐵栓蹙。兩涯嵌四穴,蓋以殺怒水之蕩突,雖懷山而固護焉。夫非深智遠慮,莫能創是。——《唐文粹·趙郡南石橋銘並序》
李春可算得上是一個完整的建築工程學派的奠基人,他的影響延續了許多個世紀。他把趙州橋設計成弓形拱橋,便利橋下行船是一個原因,但最重要的原因是為了增加橋梁的跨度和強度。如果用一塊石板做橋梁,橋梁的跨度一定很小,因為石板的長度和厚度都是有限製的,而當時麵臨趙縣的洨河跨度是30多米,跨度大,橋梁上的負荷就大,那麼要求橋梁的強度就高。所以必須用很多塊石板拚成橋梁。這橋梁必須是向上彎曲的,使石塊與石塊之間都有壓力,彼此擠緊不動,形成拱橋形狀。能用石塊拚成小拱,也就能拚成大拱。因而趙州橋就用了28塊石板拚成了大拱橋。從而增加了橋梁的跨度,並且增加了橋梁的強度,使其至今仍能屹立在洨河上。橋梁向上彎曲,橋下行船就非常便利。趙州橋上還設有4個小拱,一方麵減輕橋身重量,減少橋墩的負荷;另一方麵發大水的時候,河水除了從大橋洞流過外還可以從4個小洞流過,以減弱流水對橋身的衝擊,使橋下不易被大水衝毀。同時,這種設計更增添了它的造形美。
中國最大的弓形拱橋是著名的盧溝橋,外國人常稱它為“馬可·波羅橋”,是因為馬可·波羅對它進行了詳細的描述。它位於北京西南部,經常有遊客參觀。它坐落在盧溝橋這個小鎮的永定河上,橋為265米,寬約8米,由11個拱組成,拱彼此相連跨於河上,每拱平均跨距為18.9米。它建成於1192年,現在仍肩負著現代卡車和汽車的交通任務。馬可·波羅認為此橋是“世界上最好的”。他很喜歡橋欄杆上精心雕刻的裝飾,上麵有485個形態各異的大理石獅頭像。他還對10個人騎在馬上能夠輕鬆地並肩過橋津津樂道。為保護這一人類文化的偉大遺產,現已在永定河上修建了一座平行現代橋梁。北京市人民政府已於1985年秋宣布盧溝橋“退役”,明令禁止載重車輛通過。
纜索吊著的平路——吊橋
吊橋是中國人的發明。
在很久以前,中國人為了通過河流與峽穀,便在兩端架起一座繩索吊橋。《江書·西域傳上》記載:“山峽與深穀無路可通,但是從一側到另一側拉起繩索,並借此而形成通道”、“然後來到了通過三池盤山峽的道路,30裏長,僅16—17寸寬,在懸崖峭壁的邊緣上。行人在這裏隻能一步一步地走,互相牽挽以保安全,有繩橋跨越深穀兩邊。20裏後到達縣度山口。……路程的艱難險阻簡直難以用言語形容。”
《佛國記·卷七》也記載了第一位到印度朝聖的中國佛教徒法顯,在公元399年走過一座吊橋的經曆:“穿過蔥嶺山脈的峽穀和山口,我們向西南連續行走了15天。道路艱難險阻,沿途峭壁危崖甚多。山兩側石壁直立,高聳千仞。向下看去,使人目眩,欲向前行,則不能肯定是否有立足之地。下麵流過新頭河。前人曾在此鑿通岩石開出一道,並在懸崖之側築梯,行人要越過階梯700處。然後,要小心謹慎地經懸索橋過河,河兩岸在此處相隔不足80步(40丈)。”
除了用繩索做的吊橋外,還有用竹子做的吊橋。纜索是以竹芯為內芯,外包用竹子外皮編成的竹辮條。辮條編法可使得纜索受的拉力越大,外麵的辮條將內芯纏得越緊。這構成了安全因素:先斷的總是纜索的內芯而不是外麵的辮條,否則辮條會很快散開。普通的兩寸粗的麻繩能承受的應力隻有大約不到600公斤每平方厘米,但是竹纜能承受1800多公斤每平方厘米。
最著名的中國吊橋是一座懸鏈橋(它的通道順應纜索的曲線,不是平的),即四川省灌縣的安瀾索橋。它總長為105丈,由連續的8跨組成,整個結構中沒用一點金屬。據1177年走過此橋的旅行者記載,當時隻有5跨。橋上鋪有供行走的橋板,最初有1丈2尺寬,但現在隻有9尺寬了,這是李冰在公元前3世紀建造的。
隨著中國鋼鐵冶煉技術的發明,中國人又將熟鐵鐵鏈用於架設吊橋。建造了巨大的石橋台,來固定住鐵鏈的兩端。
鋪木板的走道用這些鐵鏈來懸吊,就有可能更遠離鐵鏈自身的懸鏈線狀態而接近於平麵。已知的中國鐵索橋曾經能夠達到過的最大跨度約為43丈,在四川省蘆山。現存最長的這種橋為36丈一尺,在四川省瀘定縣,兩端的鐵蓮嵌入石橋台4丈。此橋的現在形式是1705年建成的,但推測它隻是取代了在同一地點的早期形式的吊橋。它是中國紅軍長征途中一個重大事件的現場,當時盡管大部分橋板已被撤除,紅軍還是頂著強大的火力衝過了這座橋。
徐霞客曾於1638年對貴州西南的一座吊橋做了生動有趣的描述:
“盤江橋以連接於河東西兩側懸崖上的鐵索支承,兩崖相距15丈。以此為經,橫鋪橋板為緯。懸崖本身高約30丈,流水奔騰於其下,深不可測。早年有渡船,常有傾覆的危險,因此人們曾試圖壘石為橋,但未成功。後來到崇禎四年,現任布政使朱家民當時任廉憲,令將官李芳先修一吊橋。所以現有幾十條大鐵鏈懸於兩岸橋台之間,上鋪兩層木板,約8寸厚,8尺多長。這橋看上去輕飄,但人在上麵走時,它卻巋然不動。每天有成千上百的牛馬負重過橋。橋兩側還有高的鐵護欄,由較細的鐵鏈編成。兩岸各有兩座石獅,三四尺高,欄鏈緊咬在獅口中。”