古桥上的“蝴蝶结”有啥用

□ 钟润枚

  • 来源:科普时报
  • 作者:
  • 2024-03-02 17:53

在颐和园游逛,走过知春桥时,细心的朋友会发现,在桥身和桥墩中,镶嵌有两头宽、中间束腰,形似蝴蝶结的生铁块,它是什么呢?

再思考一个问题,中国古人用石头建造拱形桥梁,无论是桥身还是桥墩,都是用整块的石料组合而成。一块块独立的大石头,是怎么连成一个整体的?

把这两个问题放到一起思考,就能找到答案。

连石成桥 腰铁发挥重要作用

蝴蝶结的名字叫做腰铁,因其样子又像元宝,也被称为银锭锁,“元宝铁”主要用于石料的联接。

据考证,腰铁最早出现在大名鼎鼎的隋朝赵州桥上,别看它个头小,像蝴蝶结一样装饰在桥身上,实际上,赵州桥能够屹立千年不倒,腰铁在其中发挥的作用至关重要。

修桥时,先在相邻的两块石头上分别挖出一个槽,两槽挨在一起拼成两头宽、中间窄的长条“腰”形槽,再把烧热的铁嵌进去。这样,冷却定型的铁就成了“腰铁”。

腰铁镶嵌在相邻的两块拱石中,将两块拱石紧密连接,铁冷却的时候会收缩,这两块石头就连接得更紧密了。这样两两相连,从而构成了一座完整的拱形桥。即使拱桥损坏,只需要修整破损的局部拱石,而不必对整个桥进行调整。

腰铁不止起到连接作用,还因为它像蝴蝶结一样的形状,好比榫卯结构里凸出来的那一头,使得两块拱石形成榫卯结构。从而在多个维度形成拉力,这样桥梁就更加牢固稳定,既可以承受车水马龙的桥面压力,又可以抵抗强大的洪水冲袭。

应用广泛 腰铁至今仍被使用

在施工现场将高温的铁水灌人榫槽,凝固后就形成了腰铁。但这种工艺要求现场设置熔铁炉,且高温的铁水灌入榫槽瞬间容易引起石构件局部剧烈升温变形,导致石构件损坏。

后期,人们改进了制造工艺,直接将提前铸造出的统一规格的腰铁嵌入预留的榫槽内,这样标准化的操作不仅避免了拱石的损坏,还极大提高了我国桥梁施工的效率与质量。

宋代开始,腰铁被广泛应用于古代桥梁、水闸及古城墙建造中,在明清时期达到顶峰,金中都水关遗址、上海元代水闸遗址及卢沟桥中都可以看到腰铁的身影。

时至今日,强度与韧性的平衡依然是建筑学、材料学等领域面临的难题,而智慧的古人早在1400年前便想到了,将刚性的铁与韧性的结构结合起来制成腰铁。这不仅展现了当时先进的技术水平,更蕴藏着刚柔并济的中国传统哲学与文化精髓。

经过岁月沉淀,今天腰铁依然在建筑、家具、文物修复等行业发挥着极为重要的作用。这份历久弥新的中国传统文化魅力,必将为我们今后的生活带来更多新的启迪。

(作者系颐和园管理处工作人员)

相关新闻

  • TEL:010-58884104
  • E-Mail:kepu@kepu.gov.cn
  • 如果您有任何意见或建议,请联系我们!
  • 版权所有:中国科普网