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趙州橋曲中有直
趙州橋，是一座位于河北省石家莊市趙縣城南洨河之上的石拱橋，因趙縣古稱趙州而得名。以下是小編收集整理的趙州橋曲中有直相關(guān)內(nèi)容，歡迎閱讀！
簡(jiǎn)介
河北省趙縣有一座世界聞名的石拱橋——趙州橋。它是隋代著名石匠李春建造的。遠(yuǎn)遠(yuǎn)望去，趙州橋像一道彩虹架在河上，那彎彎的橋拱形成的圓弧，多么藝術(shù)，富有曲線美!可是當(dāng)你走近一看，那優(yōu)美的曲拱，卻是用一塊塊直棱石料巧妙構(gòu)造的。這構(gòu)思奇特的趙州橋不但在世界橋梁史上留下了光輝的一頁(yè)，而且閃耀著高等數(shù)學(xué)啟蒙思想的光芒，有誰會(huì)想到曲中有直呢?
如果你留心觀察，你就會(huì)發(fā)現(xiàn)在周圍生活中有許許多多曲中有直的物體。那高聳的煙囪很多都是空心的圓柱，你觀察過手藝高超的建筑工人是怎樣用磚砌圓柱形煙囪的嗎?你想過曲中有直的辯證關(guān)系嗎?如果你用一把像直尺一樣的銼刀，你相信可以在鐵板上銼出圓嗎?當(dāng)你用剪刀在紙上剪圓形時(shí)，你可洞察秋毫地想到：這恰恰是用無數(shù)條難以察覺的直線剪出了圓上的曲線……在你周圍生活中，這樣的例子還多得很，它告訴我們：把許多短短的直線連接起來，可以逐漸接近曲線;當(dāng)這些直線變得極短時(shí)，直線就可以變成曲線。這個(gè)認(rèn)識(shí)是數(shù)學(xué)思想史上一個(gè)重大發(fā)現(xiàn)和飛躍，它像趙州橋一樣溝通了曲直，為高等數(shù)學(xué)中大名鼎鼎的微積分奠定了思想基礎(chǔ)。
趙州橋的曲直與我們學(xué)的圓有什么聯(lián)系呢?在推導(dǎo)圓的面積公式時(shí)，我們把圓分割成許多扇形，然后把這些扇形拼成接近長(zhǎng)方形或平行四邊形。分的扇形越多，扇形的弧就越接近直線，化曲為直，由此推導(dǎo)出圓的面積公式。
我國(guó)古代數(shù)學(xué)家劉徽和祖沖之就是運(yùn)用曲中有直的思想。劉徽從圓內(nèi)接正6邊形算起，依次把邊數(shù)加倍，算出圓內(nèi)接正12邊形、24邊形……直到96邊形，求出π=3.14。過了二百年，聞名于世的偉大數(shù)學(xué)家祖沖之，從圓內(nèi)接正12288邊形，求出π的正確數(shù)值在3 .1415926與3 .1415927之間。在一個(gè)圓內(nèi)畫一個(gè)內(nèi)接正12288邊形，這時(shí)的直線邊已經(jīng)非常短，幾乎與圓周重合了。由此看來，在一定條件下，直線可以轉(zhuǎn)化為曲線，曲線也可以轉(zhuǎn)化為直線，曲線和直線是對(duì)立統(tǒng)一的。
選址特點(diǎn)
趙州橋的合理選址是它成為千年古橋的一個(gè)重要原因。李春將趙州橋的基址選在洨河的粗砂之地，是因?yàn)橐源稚盀楦商嵘龢蛄旱某兄亓Χ�，以確保橋梁的穩(wěn)定性。
現(xiàn)代勘測(cè)表明，趙州橋的橋址區(qū)域地層分布穩(wěn)定，地基土主要以密實(shí)的粉質(zhì)粘土為主，中間有粉土和砂土夾層，是修建這種特大跨度單孔橋梁的比較理想的場(chǎng)所。根據(jù)化驗(yàn)分析，這種土層基本承載力為34噸/平方米，并且粘土層壓縮性小，地震時(shí)不會(huì)產(chǎn)生砂土液化，屬良好天然地基。其穩(wěn)定的地基基礎(chǔ)是這座古老的橋梁能承受多次地震考驗(yàn)的重要原因之一。
趙州橋的橋臺(tái)為低拱腳、淺基礎(chǔ)、短橋臺(tái)。直接建在天然砂石上，并在此基礎(chǔ)上用5層石條砌成橋臺(tái)，每層較上一層都稍出臺(tái)。
結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
一、敞肩圓弧拱：兩個(gè)拱肩部分各建兩個(gè)對(duì)稱的小拱，伏在主拱的肩上。符合結(jié)構(gòu)力學(xué)原理，增加排水面積16.5%，節(jié)省石料。
二、跨度大，弧形平：采取單孔長(zhǎng)跨形式，河心不立橋墩；圓弧拱形式，石拱高度降低。優(yōu)于多孔橋單跨跨度小、橋墩多不利于泄洪的特點(diǎn)。
三、兩端寬中間窄。
四、縱向并列砌筑法。
建造工藝
趙州橋建造中選用了附近州縣生產(chǎn)的質(zhì)地堅(jiān)硬的青灰色砂石作為石料，采用圓弧拱形式，使石拱高度降低。主孔凈跨度為37.02米，而拱高只有7.23米，拱高和跨度之比為1:5左右，這樣就實(shí)現(xiàn)了低橋面和大跨度的雙重目的。
趙州橋施工時(shí)采用縱向并列砌置法，就是整個(gè)大橋由28道各自獨(dú)立的拱券沿寬度方向并列組合在一起，每道券獨(dú)立砌置，可靈活地針對(duì)每一道拱券進(jìn)行施工。每砌置完一道拱券時(shí)，只需移動(dòng)鷹架（施工時(shí)用以撐托結(jié)構(gòu)構(gòu)件的臨時(shí)支架）再繼續(xù)砌置另一道相鄰拱。這種砌置方法利于修繕，如果一道拱券的石塊損壞，只需要替換成新石，而不必對(duì)整個(gè)橋進(jìn)行調(diào)整。
為加強(qiáng)各道拱券間的橫向聯(lián)系，使28道拱組成一個(gè)有機(jī)整體，連接緊密牢固，趙州橋建造采用了一系列技術(shù)措施：
每一拱券采用”下寬上窄、略有收分“方法，使每個(gè)拱券向里傾斜、相互擠靠，增強(qiáng)其橫向聯(lián)系，防止拱石向外傾倒；在橋的寬度上也采用”少量收分“方法，從橋兩端到橋頂逐漸收縮橋?qū)挾�，加�?qiáng)橋的穩(wěn)定性。
在主券上均勻沿橋?qū)挿较蛟O(shè)置5個(gè)鐵拉桿，穿過28道拱券，每個(gè)拉桿的兩端有半圓形桿頭露在石外，以?shī)A住28道拱券，增強(qiáng)其橫向聯(lián)系；4個(gè)小拱上也各有一根鐵拉桿起同樣作用。
在靠外側(cè)的幾道拱石上和兩端小拱上蓋有護(hù)拱石一層，以保護(hù)拱石；在護(hù)拱石的兩側(cè)設(shè)有勾石6塊，勾住主拱石使其連接牢固。
為使相鄰拱石緊密貼合，在主孔兩側(cè)外券相鄰拱石之間設(shè)有起連接作用的“腰鐵”，各道券之間的相鄰石塊也都在拱背設(shè)有“腰鐵”，把拱石連鎖起來；每塊拱石的側(cè)面鑿有細(xì)密斜紋以增大摩擦力，加強(qiáng)各券橫向聯(lián)系。
文物遺存
趙州橋是一座單孔割圓式敞肩石拱橋，因橋兩端肩部各有二個(gè)小孔，故又稱敞肩橋。
1、橋臺(tái)
趙州橋橋臺(tái)長(zhǎng)約5米，寬為9.6米�；A(chǔ)寬度為9.6—10米左右，長(zhǎng)度約5.5米�；A(chǔ)的埋置深度為2—2.5米；橋臺(tái)厚度1.549米，拱腳下為5層平鋪條石，灰縫很薄，無裂縫，每層略有出臺(tái)，石料下層較上層稍厚。
2、橋身
趙州橋橋身全長(zhǎng)64.4米，拱頂寬9米，拱腳寬9.6米，跨徑37.02米，拱矢7.23米。主拱的兩端各有兩個(gè)小拱，小拱凈跨為2.85米和3.81米。橋體由28道并列券拱砌筑，并用勾石、收分、蜂腰、伏石“腰鐵”連結(jié)加固，提高了整體性。橋面兩側(cè)有42塊欄板和望柱，雕刻精美，欄板上雕的“斗子卷葉”和“行龍”，半圓雕刻，比例適度，線條流暢。
3、出土文物
1952年冬、1953年冬、1954年夏和1955年2月份，國(guó)家文化部文物管理局等單位先后挖掘出土大小橋石1500傳余塊。經(jīng)選擇可拼成較完整且有雕欄和銘記的石塊。其中有欄板20余塊，包括較古的隋代饕餮欄板2塊，各式隋代雕龍欄板7塊，走馬欄板1塊，斗子卷葉欄板16塊，鳳凰欄板1塊；石刻獅子兩個(gè)；仰天石52塊，唐代修橋記、銘刻各1塊；明代修橋記石碑2塊；有題刻的殘石6塊；印有“仙跡”的橋面石1塊等。在拆除橋面時(shí)，在橋身砌石內(nèi)發(fā)現(xiàn)故事欄板3塊等。
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