《力学园地》编辑部：

我前些日子带着孩子去看了赵州桥，但是对它为啥千年不倒的科学道理讲不清楚。希望给我一个通俗的介绍，提前谢谢啦！

一名父亲

2026年2月15日

说说千年不倒的赵州桥

萤火 怡心

赵州桥，又名安济桥，位于我国河北省赵县，是世界上现存最古老的石拱桥之一，至今在华夏大地上已经屹立了一千四百多年。作为中国古代桥梁建筑的杰出代表，赵州桥不仅展示了古代匠人的非凡智慧，也向我们传递了丰富的工程学知识。它为何能够在风雨变幻、岁月流逝的漫长岁月中屹立不倒呢？究竟是什么使得这座古老的桥梁历经千年依然稳固如初？今天我们就来一探究竟吧！

图1 千年不倒的赵州桥 （图片来源：参考文献[1]）

赵州桥的基本结构与特点

赵州桥建于隋代开皇年间（公元595-605年），由著名工匠李春设计建造的。它横跨在洨河上，全长64.4米，高7.23米，两端宽9.6米，中间略窄，宽9米。从照片可以看出，它的拱顶弧度平缓，造型简洁而大气。赵州桥属于“单孔石拱桥”类型，具体而言，它只有一个拱形桥洞，这种设计在当时被认为是非常独特的。而且，它的跨径达37.02米，这一跨度在当时也是前所未有的，超越了所有同类桥梁。所以，赵州桥在世界桥梁史上占有重要地位，被誉为“古代桥梁建筑的瑰宝”。

新中国成立后，赵州桥便和故宫、颐和园、避暑山庄、拙政园、留园等单位一起，被列为“第一批全国重点文物保护单位”。赵州桥能受到这么高的关注度，离不开著名建筑学家梁思成的努力。1931年，梁思成、林徽因一起加入了中国营造学社，与朱启钤、刘敦桢等人共同从事中国古建筑历史研究工作。在研究明清以前的古建筑时，梁思成注意到了当时广为流传的“北方四大胜迹”：沧州狮子、应州塔、正定菩萨和赵州桥。1933年，梁思成来到洨河岸边，对赵州桥进行了详细考察和测绘，并且写了一篇题为《赵县大石桥即安济桥》的文章，让大家第一次知道了赵州桥的本来面目。

图2 梁思成在赵州桥下（图片来源：网络）

在古代，洨河已经是水陆交通要道，如果想同时满足“桥上走车、桥下过船”的要求，一般工匠最先想到的方案可能是“陡拱桥”。就是拱洞大约是半圆形的高桥。但是洨河有三十多米宽，假如按照这个跨度来修建陡拱桥，那么车辆和行人在上桥下桥时，非常容易出危险；而且，洨河两岸都是松软的沙土，建这么高的桥，很可能发生严重的沉降。而工匠李春则想出了一个非常有创意的方案——敞肩式圆弧单拱石桥，既满足了交通需求，又节省了石料，还降低了被洪水冲垮的风险。这里所谓的“敞肩式”就是在大拱两侧各有两个小拱。更巧妙的是，整座桥看着是一个整体，其实是由28道桥拱并排组成。每一道桥拱都能独立施工、独立承重、独立维修。以当时的建筑水平来说，它是当之无愧的工程杰作。

梁思成对赵州桥考察结束后，多次奔走、筹集资金，呼吁修复这一份宝贵的历史文化遗产。不过，由于日本发动全面侵华战争，修复计划不得不暂停，直到新中国成立。但是，梁思成关于赵州桥的论文，在这期间被他的朋友费正清、费慰梅夫妇推荐给了麻省理工学院建筑系主任威廉·爱默生教授，后来发表在世界权威建筑杂志《笔尖》上面。这是现代中国学者的建筑研究成果第一次走出国门。

图3 梁思成手绘赵州桥图纸（图片来源：网络）

赵州桥最为显著的特点是其巨大的石拱。由于这个设计，在1400多年里，它经历了10次水灾、8次战乱和多次地震，其中对它直接产生影响的地震就有6次，它却安然无恙。特别是，1966年3月河北宁晋发生了一次强震——7.2级地震，震中距赵州桥不足40千米，赵州桥却没有一丝一毫的破坏。人们不禁要问：赵州桥究竟是如何做到屹立千年而不倒的呢？

先进的拱形结构设计

拱形桥梁的原理早在古代便已被运用，它能够通过拱圈的结构，利用自重的压力把荷载传递到桥墩上。与直线形的桥梁不同，拱形结构可以更好地分散和转移载荷，因此在承重方面具有显著优势。

图4 赵州桥和它的桥墩（图片来源：参考文献[5]）

当车辆或行人通过桥面时，桥体的拱形结构会将压力分解到两侧的桥墩上，并通过桥墩传递到地面。正是由于这种分散力的方式，赵州桥能承受更大的重量，而且能有效避免局部受力过大的情况。这种结构设计保证了桥梁的长期稳定性，减少了因沉降或变形而产生的损伤。更为巧妙的是，赵州桥的拱形并不是完全的半圆形，而是采用了更为平缓的弧度，这一设计使得拱顶的压力分布更加均匀，从而减少了桥体的破坏力。现代桥梁工程中，类似的设计依然被广泛应用于许多大跨度桥梁的建造中。下面我们给出一个简要的受力分析：图5中示出桥面为凸、凹形两种拱形桥，质量为m的汽车以速度v通过拱形桥顶部或底部时，沿着桥面做圆周运动，因此受到向心力F=mv²/R的作用（这里，R为拱形桥的半径），它对桥面的压力不等于自身的重量G=mg（这里，g为重力加速度），由于凸、凹桥面的向心力方向不同，因此拱形桥对汽车的支持力F_N有两种情况：F_N﹤G（凸面桥），F_N﹥G（凹面桥）。依据力学的作用与反作用原理，汽车对桥面的压力等于桥面对它的支持力。这就是人们为何不采用凹面拱形桥的道理。对于拱形桥，汽车通过桥面时产生的压力会形成一个外推力，并在桥拱中传递到桥墩（拱座）。

图5 拱形桥受力分析示意（图片来源：网络）

图6 拱形桥受力传递示意（图片来源：网络）

巧妙的敞肩拱设计

在传统建筑中，桥洞（即券）的两肩（即撞），常被石料砌实。但赵州桥却独辟蹊径，未将撞砌实，而是巧妙地开凿出小券洞，实现了对空间的极致利用。每撞精心构筑出一大一小两个券洞，全桥共设四个券洞，这一创举被后人称为“敞肩空撞券”。这个设计不仅节省了宝贵的石料资源，还显著减轻了桥身的重量。有数据表明，赵州桥的敞肩式结构比实肩式结构节约石料约15.3%，减少重量约500吨。

图7 赵州桥的敞肩空撞券（图片来源：参考文献[3]）

设置敞肩空撞券的好处，不仅仅体现在视觉美学和经济范畴（节省资源），而且在提高桥梁的抗震性能方面也同样意义非凡。因为减轻了桥重，它有效降低了桥身对桥台和桥基的垂直压力及水平推力，这样赵州桥的桥台才能轻巧实用，并且能直接落在天然石基上。减少了桥重，还可以显著减小地震时桥身所承受的冲击力。此外，敞肩空撞结构消除了拱轴线截面上的拉应力，使得桥身受力更加均衡，提升了桥梁的整体稳定性。

坚固耐用的建筑材料

赵州桥能够经受住千年风雨，还有一个原因：得益于其所选用的石材。桥体大部分由青石和花岗岩等坚硬的石材组成，这些石材不仅耐腐蚀、耐磨损，而且抗压性极强。赵州桥的石块都是采用精细的雕刻和切割工艺，将每一块石材精确地拼接在一起，形成一个稳固的整体。这些石材的使用，不仅使桥梁的结构更加稳固，还提高了桥体的抗震性和抗风力。尤其是桥墩部分的石材选择，更加讲究耐久性。赵州桥的两座桥墩采用了坚固的石材，并且设计上利用了适当的水流冲刷来增强稳定性。

图8 赵州桥的桥墩（图片来源：参考文献[1]）

总而言之，赵州桥能够屹立千年不倒，是由于其独特的结构设计、坚固的建筑材料和巧妙的敞肩拱设计相结合。通过合理的力学原理、巧妙的设计方案和科学的材料选择，赵州桥不仅满足了交通需求，还展示了古代建筑师的智慧。它的历久弥新，给我们提供了宝贵的工程力学经验，也为后人传递了桥梁建筑的文化与历史。如今，赵州桥依旧稳如磐石，象征着中国古代桥梁技术的辉煌与卓越。

参考文献

[1]https://mp.weixin.qq.com/s/tde7MXcCSMhSC9rROXfbUA

[2]https://mp.weixin.qq.com/s/tO-ZU8a3M8jequ5l9-Vilg

[3]https://mp.weixin.qq.com/s/jNuRt7RGoz_kwH1t872DHQ

[4]https://mp.weixin.qq.com/s/RUAh9Te5ZQcf1h38f3yTEQ

[5]https://mp.weixin.qq.com/s/qcFse1EIls542KwKMdiRRA

[6]翁伟.基于赵州桥勘察研究结果探析石拱桥的建造技术及特点[D].北京建筑大学,2016.