众所周知,由于物体所受重力总是竖直向下的,任何离开地面的物体,其下面必须有足够的支撑力,或上面有足够的拉力,才不会下掉或垮塌。所以,我们生活中司空见惯的桥,其桥面部分要么由下面的桥墩或桥拱支撑,要么由上面的拉索拉住。
桥墩支持的大桥
桥拱支撑的大桥
拉索大桥
我们今天要说的这座神奇桥,其外形也像一座拱桥,但是它与我们以前熟知的拱桥完全不同。我们以前所见各类拱桥,尽管它们或大小、或造型、或材料、或用途等可能不同,但它们都有一个共同之处,就是桥拱都是朝上拱起。
著名的赵州桥
多拱桥
铁路单拱桥
而这座神奇的桥,我们发现它的桥拱与上面这些桥拱完全相反,整个拱面朝下拱起,完全颠覆了我们认知世界。它就是位于湖南省洞口县淘金村的淘金大桥。该桥长74m,设计跨径70m,矢跨比1/9,桥面宽4.5m 。于1989年1月建成通车。
1989建成通车的年湖南洞口淘金大桥
湖南洞口淘金大桥
由于淘金大桥独特的设计和神奇的构造,已被作为典型案例编入大学教材,载入世界桥梁史册。
那么,为什么淘金大桥非要设计成拱面朝下呢?为什么拱面朝下也能支持上面那么重的桥面和车辆呢?
1、这种桥的真实名称。这种桥其实不是真正的拱桥,它的学名叫做“自锚上承式悬带桥”,全世界都只有5座,国内尚属首例。全世界第一座采用这种设计的大桥是1972年建成的哥斯达黎加的里奥-科罗拉多大桥,由美籍华人林同炎设计。
1972年建成的哥斯达黎加的里奥-科罗拉多大桥
2、这种桥的设计原理及思路。主索悬带(就是向下的那个拱)是主受力构件,整桥的竖向荷载由预应力索承担,也充分发挥了钢材的抗拉能力;桥面梁板结构既用于通车,又作为受压构件平衡拱的水平力(绝对的“一石二鸟”),也充分发挥了混凝土的抗压能力;中间的主柱排架作为次结构,以减少跨度——整个结构自身锚固平衡,所有材料无一点浪费。
3、这种桥的好处。第一,省材料,正常拱产生的是水平推力,只能用受拉构件来平衡;而上承式悬带桥是倒拱,产生的是水平压力,桥面可以直接作为压杆来平衡,节省了一组受力构件;第二,施工方便,上承式悬带桥自下而上施工,悬带可以直接作为主柱排架和桥面梁板的施工平台,不需要另外支设脚手架;第三,外形更美观。
湖南洞口淘金大桥
此桥的神奇之处还有,设计者吴琦瑛只有初中文化,后来自学成才成为桥梁专家,高级工程师。