許洪浩

2017年，我在北京交通大學(xué)土建學(xué)院攻讀碩士學(xué)位，當(dāng)時(shí)研究的課題是纖維復(fù)合材料在橋梁工程中的應(yīng)用。一次課題組會(huì)議上，我的導(dǎo)師楊麗輝向我們介紹說(shuō)要在云南麗江寶山村建造公益橋，以方便周?chē)鷰讉€(gè)村子的孩子們上學(xué)和居民出行。

看著楊老師展示的圖片上由兩根電線桿鋪上茅草、泥巴搭建而成的小“橋”，不難想象人走在上面顫巍巍的畫(huà)面。如果再背上重物，或是遇到下雨天或霧天，通行的危險(xiǎn)指數(shù)會(huì)瞬間“爆表”。要真能利用所學(xué)知識(shí)促成一座安全小橋的建成，將多么有意義，我積極要求加入其中。

“完美”材料

為了設(shè)計(jì)出最安全、最適合的小橋，2017年9月，我和團(tuán)隊(duì)成員在楊老師的帶領(lǐng)下，奔赴實(shí)地進(jìn)行調(diào)研。我們發(fā)現(xiàn)寶山村地處云南山區(qū)，這里降雨多、遠(yuǎn)離市區(qū)且途中多山路等客觀條件給材料運(yùn)輸帶來(lái)困難。

利用從學(xué)院借來(lái)的無(wú)人機(jī)，我們拍攝了小橋周?chē)牡乩憝h(huán)境和附近村落的分布情況，發(fā)現(xiàn)小橋位于一座山谷之中，一邊是峻峭的大山，崎嶇的山路連通著村落。一邊是層層的梯田，連通著學(xué)校。不管從哪邊到小橋都要經(jīng)過(guò)非常窄的山間小路，小路只能通行人或牲畜，甚至連摩托車(chē)都無(wú)法行駛，這些因素讓材料轉(zhuǎn)運(yùn)困難重重。因此，選擇合適的建橋材料成為確定建橋方案中首先要解決的難題。

常見(jiàn)的比較沉重的鋼筋混凝土、鋼橋方案顯然不可取。石拱橋呢？雖然可以就地取材，但要耗費(fèi)大量人力和時(shí)間，也不是最優(yōu)選擇。我們把目光轉(zhuǎn)向正在研究的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料。

它是由纖維材料（主體材料）和基體材料（黏合劑）按照一定比例混合，通過(guò)拉擠和手糊等工藝制成的高性能材料，具有質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、施工便捷、耐腐蝕性好和制作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。如今，纖維增強(qiáng)復(fù)合材料在橋梁結(jié)構(gòu)中有多種應(yīng)用形式。例如，加工成片狀對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固和修復(fù)，制作成帶夾層的橋面板替代傳統(tǒng)的混凝土橋面。作為結(jié)構(gòu)構(gòu)件，建造輕質(zhì)人行橋;作為結(jié)構(gòu)構(gòu)件與混凝土或鋼材等結(jié)合成組合橋梁……

最近幾年，課題組對(duì)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料制成構(gòu)件抵抗變形的能力、抵抗外力沖擊的能力、荷載作用下的破壞形式等特性進(jìn)行了一系列研究，既有荷載試驗(yàn)方式，也有理論研究分析。

用這種材料作為公益橋的結(jié)構(gòu)材料再合適不過(guò)。它質(zhì)量輕、強(qiáng)度高的優(yōu)點(diǎn)能解決材料運(yùn)輸難題。再者，當(dāng)?shù)囟嘤甓囔F的氣候環(huán)境很容易減少橋梁材料的使用時(shí)間，它耐腐蝕的特點(diǎn)，也完美契合這里的實(shí)際情況。用它建造一座十多米長(zhǎng)的簡(jiǎn)支梁，既能滿足村民的通行需求，又方便了物資運(yùn)輸。

安全第一

楊老師告訴我們，無(wú)論橋梁大小，其安全性都是第一位的。在村里收集意見(jiàn)時(shí)，有不少村民反饋，希望新建的小橋不僅能變寬，最好有欄桿，這樣就不怕孩子們跑來(lái)跑去掉到河里。對(duì)這一點(diǎn)，我們團(tuán)隊(duì)的人也深有體會(huì)，去實(shí)地勘察時(shí)，正值當(dāng)?shù)乜菟?，河床上散布著大大小小的石頭，我們依次走上去，體驗(yàn)了一把顫巍巍的感覺(jué)。窄窄的橋還沒(méi)有人的肩膀?qū)?，在橋中心往下看去，人瞬間就感到一陣眩暈，身邊既沒(méi)有可扶的東西也無(wú)法往后退，只能蹲下身子硬著頭皮一點(diǎn)點(diǎn)往前挪動(dòng)。村民告訴我們，遇到汛期，河水上漲，河水能淹沒(méi)至大人的大腿根處。小孩兒如果沒(méi)有大人的陪同，這一天可能就上不了學(xué)了。

寶山村原橋圖

大山深處的寶山村

收集齊各種信息后，我們開(kāi)始利用專業(yè)學(xué)習(xí)中使用的結(jié)構(gòu)分析軟件構(gòu)建了公益橋的電腦模型。根據(jù)實(shí)地測(cè)量的小橋跨度、高度等數(shù)據(jù)，計(jì)算分析公益橋在人群荷載作用下的承載能力和變形性能，從理論層面驗(yàn)證其安全性。為了更直觀地檢測(cè)公益橋的結(jié)構(gòu)性能，我們團(tuán)隊(duì)又策劃實(shí)施了荷載試驗(yàn)，模擬了四種工況：人群站滿整個(gè)橋面、人群站滿橋面一側(cè)、人群通過(guò)橋面和人群在橋面上跳躍。通過(guò)監(jiān)測(cè)橋梁在不同情況下發(fā)生的變形和應(yīng)變，全面評(píng)估其在使用過(guò)程中的表現(xiàn)。

通過(guò)分析采集的數(shù)據(jù)，對(duì)比人行橋設(shè)計(jì)規(guī)范，我們驗(yàn)證了公益小橋在不同荷載作用、不同工況下的變形、強(qiáng)度等各項(xiàng)指標(biāo)均滿足安全系數(shù)要求。也就是說(shuō)，不管在何種情況下，孩子們都可以放心地使用這座小橋。

“和橋”與“木橋”

參與建橋項(xiàng)目中，楊老師一直跟我們強(qiáng)調(diào)，橋梁設(shè)計(jì)一定要與當(dāng)?shù)氐奈幕瘋鹘y(tǒng)融合，要尊重地方文化。

起初，在考慮給小橋取名時(shí)，我們首先想到叫“寶山橋”。但當(dāng)楊老師把這個(gè)想法告訴當(dāng)?shù)匕傩眨髑笏麄円庖?jiàn)時(shí)，村里的大叔委婉地表示以地名來(lái)命名有點(diǎn)普通，但一時(shí)又想不出好名字。楊老師專程請(qǐng)教村中老人，了解當(dāng)?shù)匚幕诹钠鸺{西族的語(yǔ)言、文字、服飾、飲食、建筑風(fēng)格和生活習(xí)慣時(shí)，她發(fā)現(xiàn)，和姓、木姓是村寨里人們的主要姓氏，楊老師提議，不如以“和橋”或“木橋”進(jìn)行命名，既能體現(xiàn)納西族獨(dú)特的姓氏文化特色，也寓意著“和睦”“團(tuán)結(jié)”。這個(gè)名字得到所有人的一致叫好。

富寧橋建成

拼裝“和橋”主梁

搭設(shè)“和橋”主梁和斜撐

建成后的“木橋”

“和橋”橋梁架設(shè)完成

調(diào)研中，我們發(fā)現(xiàn)納西族崇尚單數(shù)，比如，納西族建筑多為土木結(jié)構(gòu)，房屋間數(shù)以單數(shù)為主，以中間為軸，兩邊為平衡點(diǎn)，顯得穩(wěn)重大方。納西族最著名的七星羊皮披肩只繡七顆星星，“七”同時(shí)象征著多子多福。所以在設(shè)計(jì)小橋欄桿型式時(shí)，我們決定尊重他們的單數(shù)傳統(tǒng)。小橋欄桿從橫向上，設(shè)置了三道主梁。從縱向上，設(shè)置了單數(shù)的橫梁、橋面板和欄桿。橋梁長(zhǎng)度也確定為單數(shù)，整座橋各種尺寸的桿件、螺栓也通通是單數(shù)。

橋碑是橋梁結(jié)構(gòu)物不可或缺的一部分。經(jīng)過(guò)多次協(xié)商，我們幫當(dāng)?shù)刎?fù)責(zé)人找到專門(mén)制作石碑的師傅，制作了一座刻有漢字和納西族文字的石碑。橋碑所用的材料也選擇了當(dāng)?shù)匾环N特有的石料。

2018年的3月，在寶山村原址上建造的“和橋”建成。當(dāng)時(shí)用來(lái)檢測(cè)“和橋”結(jié)構(gòu)性能而進(jìn)行荷載試驗(yàn)的小橋也沒(méi)浪費(fèi)，它被運(yùn)輸并建造在村里另一處小河上，取名“木橋”。

從2017年至今的7年里，楊老師帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)先后落成了富寧橋、和橋、木橋、明月橋和星寨橋五座公益小橋，為山區(qū)的孩子鋪下了一條又一條通往外面世界的路！

責(zé)任編輯：刁雅琴