1. 古橋上的“蝴蝶結”有啥用
    來源:科普時報
    作者:鐘潤枚
    發布時間:2024-01-25
    瀏覽次數:1022

    頤和園知春橋上的“蝴蝶結”。
    (圖片由作者提供)

    在頤和園游逛,走過知春橋時,細心的朋友會發現,在橋身和橋墩中,鑲嵌有兩頭寬、中間束腰,形似蝴蝶結的生鐵塊,它是什么呢?

    再思考一個問題,中國古人用石頭建造拱形橋梁,無論是橋身還是橋墩,都是用整塊的石料組合而成。一塊塊獨立的大石頭,是怎么連成一個整體的?

    把這兩個問題放到一起思考,就能找到答案。


    連石成橋?腰鐵發揮重要作用


    蝴蝶結的名字叫做腰鐵,因其樣子又像元寶,也被稱為銀錠鎖,“元寶鐵”主要用于石料的聯接。

    據考證,腰鐵最早出現在大名鼎鼎的隋朝趙州橋上,別看它個頭小,像蝴蝶結一樣裝飾在橋身上,實際上,趙州橋能夠屹立千年不倒,腰鐵在其中發揮的作用至關重要。

    修橋時,先在相鄰的兩塊石頭上分別挖出一個槽,兩槽挨在一起拼成兩頭寬、中間窄的長條“腰”形槽,再把燒熱的鐵嵌進去。這樣,冷卻定型的鐵就成了“腰鐵”。

    腰鐵鑲嵌在相鄰的兩塊拱石中,將兩塊拱石緊密連接,鐵冷卻的時候會收縮,這兩塊石頭就連接得更緊密了。這樣兩兩相連,從而構成了一座完整的拱形橋。即使拱橋損壞,只需要修整破損的局部拱石,而不必對整個橋進行調整。

    腰鐵不止起到連接作用,還因為它像蝴蝶結一樣的形狀,好比榫卯結構里凸出來的那一頭,使得兩塊拱石形成榫卯結構。從而在多個維度形成拉力,這樣橋梁就更加牢固穩定,既可以承受車水馬龍的橋面壓力,又可以抵抗強大的洪水沖襲。


    應用廣泛?腰鐵至今仍被使用


    在施工現場將高溫的鐵水灌人榫槽,凝固后就形成了腰鐵。但這種工藝要求現場設置熔鐵爐,且高溫的鐵水灌入榫槽瞬間容易引起石構件局部劇烈升溫變形,導致石構件損壞。

    后期,人們改進了制造工藝,直接將提前鑄造出的統一規格的腰鐵嵌入預留的榫槽內,這樣標準化的操作不僅避免了拱石的損壞,還極大提高了我國橋梁施工的效率與質量。

    宋代開始,腰鐵被廣泛應用于古代橋梁、水閘及古城墻建造中,在明清時期達到頂峰,金中都水關遺址、上海元代水閘遺址及盧溝橋中都可以看到腰鐵的身影。

    時至今日,強度與韌性的平衡依然是建筑學、材料學等領域面臨的難題,而智慧的古人早在1400年前便想到了,將剛性的鐵與韌性的結構結合起來制成腰鐵。這不僅展現了當時先進的技術水平,更蘊藏著剛柔并濟的中國傳統哲學與文化精髓。

    經過歲月沉淀,今天腰鐵依然在建筑、家具、文物修復等行業發揮著極為重要的作用。這份歷久彌新的中國傳統文化魅力,必將為我們今后的生活帶來更多新的啟迪。

    (作者系頤和園管理處工作人員)


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