桥桥桥桥桥桥桥桥桥
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太多的天堑，阻挡着人们的交通、交流，甚至出路，人们究竟该如何，才能跨越这一切？
中国跨度！一文让人读得心潮澎湃，因为，每一座桥背后，都有一个惊心动魄的故事。
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”。
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。
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。
太多的天堑，阻挡着人们的交通、交流，甚至出路。
人们究竟该如何，才能跨越这一切？
高山围困的村庄，摄影师@李一鸣
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
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”
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
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
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
跨越海湾
甚至彻底取代路面
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
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
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”
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
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
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
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
长桥卧波，未云何龙；复道行空，不霁何虹。
——引自杜牧《阿房宫赋》
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
“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
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”
▼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
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
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
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
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”
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
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。
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
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
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
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
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）
也许有一座桥，背后有你的故事
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
星球研究所
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