星球研究所，一群国家地理控，专注于探索极致世界 阅读原文 中国就有很多漂亮的桥啊 长图预警 · · · · 一张中国地形图置于眼前 鲜明的海拔差异跃然纸上 从西部高耸的高原山地 到东部广袤的丘陵平原 科学家们将其划分为“三级阶梯” ▼中国地形的三级阶梯，制图@张靖 / 星球研究所 发源自高原的河流 顺势逐级而下 在上游“劈开”山体 形成崖壁陡峭的嶂谷 ▼马岭河峡谷，摄影师@笑飞雪 或是经过长期侵蚀 形成更为宽阔的峡谷 ▼澜沧江大峡谷，摄影师@李珩 到了下游 河流在平原上肆意冲刷 宽广的河道将陆地彻底分隔 ▼杭州三江口，从左至右依次是浦阳江、富春江和钱塘江，摄影师@潘劲草（请横屏食用） 而在海岸线 群岛破碎、海湾广阔 ▼浙江舟山衢山岛，摄影师@王会超 太多的天堑 阻挡着人们的交通、交流 甚至出路 ▼被高山围困的村庄，摄影师@李一鸣 人们究竟该如何 才能跨越这一切？ I 架梁为桥 当先民创造独木桥时 最早的桥便出现了 两墩架一梁 成为了人类桥梁史上最简洁、最经典的造型 是为“梁桥” ▼敲黑板：梁桥和跨度，制图@张靖 / 星球研究所 在木石架桥的时代 梁桥在我国粤闽地区盛极一时 这里盛产坚硬的花岗岩 是打造石梁桥的绝佳材料 ▼福建泉州洛阳桥，我国现存最早的跨海石梁桥，建于北宋；其用养殖牡蛎固定基座的方法可称创举，摄影师@雾雨川 随着现代炼钢法的成熟 崭新的桥梁时代来临 1874 年的美国 世界第一座以钢为主体的桥梁落成 而中国首座具有近代水平的钢桥问世 则是10 多年以后的事儿了 然而对于当时的中国而言 钢桥是如此先进、如此昂贵 基本只能用于铁路建设 设计、建造、资金也只能依靠西方国家 直到 1937 年 杭州钱塘江大桥落成 我国才有了自行设计建造的第一座公铁两用桥 只是大桥通车后不到 3 个月 日本便攻陷上海 为了阻止敌军经此渡江 设计大桥的茅以升先生 不得不亲手将其炸毁 大桥从此沉入江中 直到 16 年后才重新与世人见面 ▼于 1953 年恢复通车的钱塘江大桥，摄影师@朱露翔 这座大桥最大单跨约 66 米 相邻两墩上各架一横梁 称为简支梁桥 而若要进一步提高跨度 这种桥必将面临一场进化 于是连续梁桥诞生了 这是一种“多墩架一梁”的桥 由于梁体连续不间断 前后的弯曲可以互相约束 想被“折断”就没有这么容易了 ▼制图@张靖 / 星球研究所 我国最早跨越长江的桥梁 武汉、重庆白沙沱和南京长江大桥 均以连续梁结构建设 其中的南京长江大桥 最大单跨达 160 米 由我国完全独立设计建造 正所谓“一桥飞架南北，天堑变通途” ▼1968 年，南京长江大桥落成，是长江上第一座由我国自行设计建造的桥梁，摄影师@艾小龙 而除了钢桥的突破 另一种新技术也在我国逐渐普及 它的原理十分巧妙 在混凝土中置入预先被拉伸的钢筋 钢筋如同被拉开的弹簧 自带强烈的“收缩欲望” 若利用这种“内力”去平衡外力 梁体便能承受比原先更大的荷载 从而支持更大的跨度 这就是预应力混凝土技术 ▼制图@张靖 / 星球研究所 相比昂贵的钢铁 钢筋混凝土显然要便宜多了 于是在预应力技术的加持下 大量公路桥梁如雨后春笋 纷纷登上历史舞台 ▼钢筋混凝土桥梁在公路中十分常见，下图为连霍高速宝鸡 - 天水段，摄影师@石耀臣 时至今日 梁桥的应用依然十分广泛 甚至已形成标准组件 可以工厂制造、现场组装 即便其单跨跨度有限 但前后彼此相连 亦可如同逶迤蜿蜒的巨龙 横贯江河 ▼横跨青海沱沱河的两款梁桥，远处是青藏铁路长江源特大桥，由 42 跨组成，每跨 32 米；近处的是沱沱河公路桥。摄影师@姜曦 跨越海湾 ▼山东青岛海湾大桥的一部分，中国首座“海上立交”，连续梁结构。摄影师@添小天 甚至彻底取代路面 ▼金丽温高速，以桥代路的总里程超过 70 千米。摄影师@陈益科 II 似梁非梁 但是，不要“以貌取桥”哦 有一种极为低调的桥 从外表上看 会被绝大多数人认为是梁桥 但实际上却具有截然不同的力学特征 需要更复杂的设计和计算 这就是“刚构桥” （没听过就对了，不然怎么叫低调） ▼敲黑板：刚构桥墩梁一体，无缝衔接。制图@张靖 / 星球研究所 由于桥墩和梁成为一个整体 它们终于可以“同甘共苦” 共同抵抗梁体的弯曲 ▼制图@张靖 / 星球研究所 这就意味着 在桥墩的协助下 横梁变得更加“坚强” 可以承受更大的跨度 或是选择更轻薄的桥面 ▼身形苗条的腊八斤沟特大桥在沟谷中穿行而过，其最高墩 182.5 米，在贵州赫章特大桥落成前曾是“亚洲第一高墩”。摄影师@姜曦 尤其是连续刚构桥 这种 90 年代才在国内推广的新桥型 兼顾跨度需求和行车体验 数年间便风靡大江南北 ▼贵州省六广河大桥，连续刚构结构，主跨240 米。摄影师@李琦 但美中不足的是 这种桥对热胀冷缩十分敏感 如果桥墩过于“倔强” 梁体则无法放飞自我 最终导致变形或弯曲 但这难不倒机智的工程师们 他们为刚构桥设计了更高的桥墩 让其变得“柔软灵活” ▼制图@张靖 / 星球研究所 特别在高山峡谷地带 这种高桥墩再合适不过了 于是众多高大巍峨的桥梁拔地而起 其桥墩从桥面直入谷底 通行其上仿佛腾云驾雾 ▼湖北省境内沪渝高速，连绵的刚构桥穿越高山峡谷，直通远方的四渡河大桥。摄影师@文林 不过 世事福兮祸兮、是也非也 从来没有绝对的标准 在平原大江大河之上 高耸入云的桥墩已无用武之地 为了降低桥梁高度同时保证桥墩柔性 则需要为墩柱进行“瘦身” ▼浙江省温州瓯越大桥，主跨采用扁平的薄壁墩。摄影师@倪前辉 或是采用全新的桥墩形态 ▼浙江省千岛湖大桥，是一座 V 型桥墩的斜腿刚构桥。摄影师@姚朝辉 然而 桥墩要薄、桥梁要稳、成本还要低 三者互相制约 让跨度超过 300 米的刚构桥屈指可数 尽管如此 2006 年建成的重庆石板坡大桥复线桥 单跨已达到 330 米 为长江江面预留了充分的航行空间 一举成为世界上跨度最大的连续刚构桥 ▼重庆石板坡大桥复线桥。摄影师@鬼迹（请横屏食用） 而它身旁 就是我国第一座跨越长江的公路大桥 重庆长江大桥（石板坡长江大桥） 尽管当年“全民建桥”的盛大场景已成往事 但新老两桥并驾齐驱 让人们透过近 40 年的岁月 还能看到些许时代变迁的痕迹 ▼左侧为老桥，右侧为新桥。摄影师@重庆火锅 823 III 长虹卧波 至此 从峡谷到平原 从江河到海峡 似乎都已被中国人跨越 但实际上还远远不够 面对陡峭的崖壁、湍急的水流 或是桥下交通的需要 竖直的桥墩已然无处安放 人们需要一种一跨而过的桥型 比如“拱桥” ▼一跨而过的金沙江特大桥，左侧是四川，右侧是云南，摄影师@柴峻峰 对于中国人来说 拱桥再熟悉不过了 被写进小学课本的赵州桥 建于 1400 余年前 纵然几度经历洪涝、地震 其主体结构却依然完好 堪称世界桥梁艺术的典范 ▼赵州桥，跨度约 37 米，摄影师@石耀臣 而拱桥的形象更是深入人心 不仅是古镇园林里的标准印记 也成为诗词歌赋中的经典意象 ▼引自杜牧《阿房宫赋》 长桥卧波，未云何龙；复道行空，不霁何虹。 时至今日 我国超过一半的公路桥梁都是拱桥 其中仍保留着最传统的石拱桥 ▼山西祥云湖坝上的石拱桥。摄影师@寒冰 “拱”结构的张力 要求两端底座不仅要向上托起桥身 还必须提供横向的推力 也正是这样的推力 牢牢抵抗住“拱”的变形 从而提高了拱桥的跨越能力 ▼敲黑板：拱桥的三种类型。制图@张靖 / 星球研究所（左右滑动观看） 这是拱桥独特的优势 也是拱桥面临的挑战 若遇上脆弱的岩石、松软的地基 两端支座便无法获得如此有力的支撑 此时只能尽量减轻桥梁自重 利用更加“骨感”的外形 保持支座的稳定 例如由我国首创的桁(héng)架拱 纤细的混凝土骨架让桥身更加轻盈 最大跨度可达到 330 米 ▼贵州省江界河大桥，为混凝土桁架拱桥跨度的世界之最。摄影师@李贵云 或是在拱、梁交点间固定一“系杆” 以其拉力代替支座的推力 是为“系杆拱” ▼制图@张靖 / 星球研究所 ▼武汉晴川桥，汉江两岸地基较为松软，适宜使用系杆拱。摄影师@潘锐之 随着普通混凝土拱桥达到跨度极限 又一种新桥型再次后来居上 工程师们将混凝土填充在钢管中 令其获得一层“保护壳” 因而比普通混凝土更加坚固牢靠 同时钢管亦可作为施工骨架 大大降低了拱桥的修建难度 于是这种“N 全其美”的钢管混凝土拱桥 一时间成了拱桥圈的宠儿 ▼柳州文惠桥，广西的第一座中承式钢管混凝土拱桥；其实之前出现的晴川桥也是钢管混凝土拱桥。摄影师@梁炳全 更有甚者 以填充完毕的钢管为骨架 于外层再次包裹混凝土 则演变为一种“硬骨头拱桥” 即劲性骨架混凝土拱桥 如今这种桥型跨度已突破 400 米 ▼沪昆高铁北盘江特大桥，位于贵州北盘江峡谷深处，跨度 445 米。摄影师@王璐 自 1993 年起 我国粗钢产量跃居世界首位 桥梁建设逐渐走出了“舍不得用钢”的时代 钢拱桥也随之崛起 创造了一个又一个工程奇迹 ▼南京大胜关长江大桥，6 条轨道可同时通过京沪高铁、沪蓉快车和南京地铁。摄影师@艾小龙 并以其柔美的造型 装点着一个又一个城市的风景 ▼广州新光大桥。摄影师@RUIZ ▼上海卢浦大桥，黄浦江第一座拱桥。摄影师@张扬的小强 如今 拱桥的单跨跨度已达到 552 米 甚至超过了一个躺倒的“中国尊” ▼重庆朝天门长江大桥，钢桁架拱桥，世界拱桥跨度之最。摄影师@鬼迹 而接下来登场的角色 即将帮助中国人突破 1000 米跨度大关 IV 钢铁琴弦 早在 30 年前 上海浦东还没有林立的高楼 市区黄浦江两岸相隔近 400 米 摆渡仍是来往通行的唯一途径 一座跨江大桥成为大势所趋 然而在当时的中国 还从未有桥梁达到如此跨度 即便难度可想而知 同济大学的李国豪校长和项海帆教授 依然力主自行建造这座“黄浦江第一桥” 在项教授给市长的信中写道 ▼引自项海帆教授给的信件 上海是我国的东大门，黄浦江大桥应成为上海市的标志传名于世。建造黄浦江大桥不但是 1000 万上海人民的宿愿，也是上海桥梁工程界的梦想，在学校我们也一直以此激励桥梁专业的学生们。 1991 年 以不到原方案一半的造价 上海南浦大桥正式落成通车 开启了我国自主建设超大跨度桥梁的先河 ▼南浦大桥，上海市区的“黄浦江第一桥”，跨度423 米。摄影师@一乙 这座大桥两端 伫立着两座约 50 层楼高的高塔 两塔与桥面间以 180 根钢索相连 如同一根根倾斜的钢铁琴弦 是为“斜拉桥” ▼斜拉索示意。摄影师@王栋 大桥建成后两年 原班人马再次操刀 杨浦大桥横空出世 其跨度超越 600 米 一跃成为当时世界斜拉桥之最 和南浦大桥堪称一时双璧 ▼杨浦大桥，跨度 602 米。摄影师@吕威 但对于斜拉桥来说 这样的跨度仅仅是“小试牛刀” 根根拉索向上提拉 竭力阻止梁体向下弯曲 如同有了一个个“隐形桥墩” 极大地提高了桥梁的跨度潜力 ▼敲黑板：斜拉桥的拉索可以抵抗横梁弯曲。制图@张靖 / 星球研究所 加之工程材料和计算方法的革新 现代斜拉桥从诞生起 仅用了 50 余年时间 便完成了 1000 米的跨越 ▼香港昂船洲大桥，原计划是第一座突破千米跨度的斜拉桥，后被江苏省苏通大桥超越。图片来源@图虫创意 但超大的跨度带来了巨大的自重 还有来往的车辆行人、猛烈的横风 这些荷载多由拉索向索塔传递 因此对于斜拉桥 索塔至关重要 它必须格外稳定、格外坚固 ▼制图@张靖 / 星球研究所 不仅如此 索塔的配置也十分讲究 有时如“一夫当关” ▼山西省仙神河大桥，是一座独墩矮塔斜拉桥，摄影师@邓国晖 有时双塔并立 ▼海南省世纪大桥，双塔呈钻石形，摄影师@刘雅彬 有时多塔并举 ▼武汉二七长江大桥，是一座三塔双索面斜拉桥，摄影师@陶进 其千姿百态的造型 极尽彰显着大桥的艺术气质 堪称工程和艺术的完美融合 ▼南京眼，两座拱形门斜塔十分独特，是我国第一座获得阿瑟·海登奖的创新桥梁。摄影师@何小清 更重要的是 与生俱来的对称形态 让斜拉桥更容易实现“自锚” 这在“无地可锚”的环境下得天独厚 逐渐成为众多海湾大桥的符号 ▼自锚是指拉索不需额外锚碇，直接锚固在自身横梁上；下图为港珠澳大桥中的两座斜拉桥。摄影师@黄昆震 然而 即便拉索能提起横梁 却也因其角度倾斜 沿着横梁方向产生水平的“轴力” 随着跨度延伸，拉索势必增加 于是这种轴力逐渐累积 直到梁体不堪重负 ▼敲黑板：挤压横梁的轴力，制图@张靖 / 星球研究所 雪上加霜的是 当拉索越来越长、越来越倾斜 巨大的自重令其弯曲下垂 再难以紧紧拉住庞大的横梁 加之横风、成本等影响 斜拉桥将逐渐达到跨度极限 可谓是“成也斜拉索，败也斜拉索” ▼江苏省苏通长江大桥，跨度1088 米，是我国已建成斜拉桥的跨度之最。图片来源@VCG 而要向 2000 米跨度发起冲击 只能指望最后一位选手了 V 跨度王者 在我国西南 地势险峻、水流汹涌 现代桥梁出现以前 人们只能依靠原始而简易的方式出行 最“简陋”时，只有一根孤独的溜索 ▼金沙江上空 260 米，一条运行了近 20 年的溜索，位于云南省巧家县鹦哥村，摄影师@柴峻峰 略为“先进”的，则成为索桥或吊桥 ▼新疆叶尔羌河上，一座简单的索桥，摄影师@小强先森 但它们的建造者、使用者 一定都想象不到 这种桥会在今天达到 1650 米的跨度 成为桥梁界的王者 ▼西堠门大桥，浙江舟山连岛工程的一部分，跨度 1650 米，是我国已建成跨度最大的桥。摄影师@邬涛 这就是现代悬索桥 高耸的桥塔、弯曲的主缆、坚实的锚碇 组成了它最基本的承重体系 也是它最鲜明的外形特征 ▼制图@张靖 / 星球研究所 和古老的索桥不同 现代悬索桥拥有格外坚韧的主缆 以位于贵州的坝陵河大桥为例 主缆以直径 5.25 毫米的高强钢丝为基本材料 91 根为一束 208 束为一缆 双缆并行 足以承载近万吨的钢梁 ▼坝陵河大桥，摄影师@李贵云 相比巨大的横梁 桥上往来的车马行人则显得微不足道 于是桥面不再因外力上下波动 柔软难行的索桥已然成为历史 即便横梁跨度较小、自重较轻 桥面来往通行的载重不能被忽略时 工程师们依然可以通过加设“加劲梁” 避免横梁上下弯曲 ▼加劲梁有多种，下图仅为其中一种的简单示意，制图@张靖 / 星球研究所 尽管悬索桥和斜拉桥都是“索”桥 但悬索桥的吊索垂直于桥面 因而无论跨度多长 都不会产生轴向力挤压横梁 根据学者们的推算 悬索桥的跨度至少能达到 5000 米 实在令人咋舌 ▼相较于拱桥，悬索桥的跨度增长十分明显。摄影师@柴峻峰 这也是为何众多难以逾越的天险 都被悬索桥一一征服 不论是大江大河上 ▼武汉鹦鹉洲长江大桥，三塔四跨横贯长江。摄影师@田春雨 高山峡谷中 ▼湖北四渡河大桥，跨越恩施武陵山脉 V 型谷，桥面高度 560 米，在云南尼珠河大桥落成前，为世界第一高桥。摄影师@在远方的阿伦 还是海峡两岸间 ▼香港青马大桥，以 1377 米跨度穿越海峡，是连接香港机场和市区的主要通道。摄影师@Kenny 回顾中国桥梁的历史 我们曾遥遥领先于世界 却也曾远远落后于他人 虽然充满了坎坷和波折 但科学家和工程师们却从未停下脚步 在重重困难下 他们不断突破各种限制条件 包括跨度、载重、水深、基础、桥墩、地理、地质… 即便在一穷二白的困难年代 也能创造出新的技术 实现一次又一次的跨越 ▼深圳北外环正在施工的公路桥。摄影师@黄猛 也正因如此 今天的中国大地上 仅公路桥梁就已超过 80 万座 高铁桥梁总长达 1 万余千米 它们跨越高山大川、连通城镇村庄 共同构成了一座 960 万平方千米的“桥梁博物馆” ▼梁桥、拱桥、斜拉桥、悬索桥以及刚构结构同框出镜，拍摄于武汉。摄影师@陶进（请横屏食用） P.S. 本文主要参考文献包括：万明坤等《桥梁漫笔》，项海帆等《中国桥梁史纲》，项海帆等《中国桥梁概念设计》，茅以升《桥梁史话》等 阅读原文
