所谓“文物”，至少有两个特征，一个是存在时间足够长，另一个是有独特的价值值得保存收藏。
开合桥在近代的桥梁工程中占有重要的地位，在18、19世纪的200年间，欧洲大陆、北美大陆和英国先后进入运河时代和铁路时代。当公路或铁路跨越有通航要求水域时，建造了不少开合桥。进入公路时代，开合桥不能够适应现代社会对交通的快捷要求，便逐渐从曾经的辉煌中淡出人们的视线，变成了历史。这些变成历史的桥梁，位于闹市的，多半由于旧城、旧桥的更新换代被拆除；被废弃不用的，得不到维护而自然毁损；那些仍在使用的开合桥，大多已是超期服役，犹如百战沙场的老兵，虽遍体伤痕仍耿耿忠心。
从社会发展和技术进步的角度，开合桥基本处于被淘汰的地位。如今的桥梁工程专著，大约只会在介绍演变历史时，开合桥才会被提及。开合桥的设计包括两个主要部分，一个是桥梁结构，一个是“开”与“合”的机械构造，这后一部分内容又涉及动力设备。可以说，开合桥的一半是结构，一半是机械。也许是这个原因，即使在开合桥广为流行的19世纪，桥梁工程设计教科书里，一般也不涉及开合桥。
从文化的角度，开合桥本身是桥梁设计艺术中，有历史价值的组成部分，代表桥梁工程历史上一个特定的时代，承载着昔日的工程荣耀。解读它的演变过程，会得到许多和它关联的社会、历史、文化、科学、工艺等信息。从这个意义上讲，称之为“文物”，应该不算勉强。
发展演变
如果不考虑在船上或是浮筒上搭建的开合桥（英文是pontoon），最早的开合桥英文是“drawbridge”，直译就是“拖拉桥”，十分形象地说明了最初的开合方式。不过， 早期使用开合桥不是通航，而是防御。
桥梁，是和平时期繁荣经济的通道；而沟堑河流， 则是构成不同属地的天然边界。欧洲的中世纪曾很长一段时期领主割据，战事频繁。部落之间、城邦之间的联系不是经济贸易，而是为争夺自然资源展开的大大小小的战争。环绕城堡高且厚的城墙，以及城墙外面人工开挖的深沟和护城河，是安全的象征。作为中世纪的典型建筑，城堡更需要的是孤立和防卫。城堡的入口很少，在护城河或沟堑之处，一定有一座开合桥，这座桥用结实的木材构成框架，上面铺设木板构成桥面，跨越沟堑，是城堡与外界联系的通道，也是城堡守卫的关卡。从城堡内将桥面拉起来，竖转90度，桥断开了，竖起的桥面还可以成为城堡入口的一道大门（图1）。这便是Drawbridge的原意。
图1 城堡入口处的开合桥
近代的开合桥， 是从建设或改造跨越运河的桥开始的。
运河水位变化很小，运河上的交通主要是特殊设计的运河船，用马在河的两侧拖曳前行。由于不用帆，这些船体高度不大，而且往往走得很慢。在运河建设初期，沿河两岸许多地方都尚待开发，为最大限度降低造价，沿着河岸架设的桥梁，基本上是适应当时乡村道路的标准。桥面两端的接线陡峭，桥下净空也不大。据说初期运河客运开通时，需要一位船员专职提醒乘客：“前面有桥， 低头！”
运河的开通，带动了内陆经济的繁荣，沿河两岸原有的小城镇不断向外扩展成为大城市，同时带动周边形成更多的小城镇，两岸的交通渐渐变得繁忙。运河沿岸的经济发展，需要在运河上架设更多的桥梁来连接两岸的城镇交通，需要延长陡峭桥梁的接线，降低线路纵坡，使得交通更加舒适便利。另一方面，航运对运河通航有了新的要求，希望在大江大海航行带有桅杆的帆船能直接经由运河进入内陆，这意味着增加通航净空。
带有桅杆的船只通行，需要很高的桥下净空；两岸的交通便利，要求桥梁两端的接线纵坡平缓。为解决这一对矛盾，开合桥成为首选。
最初的开合桥是平转（Swing），在运河中央立墩，两侧的桥面以中央墩为支点，在水平面上旋转90度与水流平行（图2）。在19世纪中叶，这样的平转开合桥构造简单经济，航道的净高没有限制，能够满足那些又高又窄的帆船通航要求。然而河中心旋转支墩始终是航行的障碍，在本来就不宽的河道上，简直是船员们的眼中钉。而且平转90 度的桥面宽度占用河道，桥面宽度超过中央支墩的立面宽度时，桥墩两侧的通航水道变得更窄。因此，这种平转桥的适用范围很有限。
图2 平转桥
19世纪后期的美国，随着工业化进程的深入，全国各地都经历了巨大的经济增长，这其中也包括船舶规模的改变，此时蒸汽动力船舶已经全面取代了帆船。工业革命让运河变得更繁忙，各方利益团体与建设和管理公路铁路桥梁的地方政府开始发生摩擦。绝大部分麻烦是因为桥梁净空对航运的阻碍。随着冲突愈演愈烈，联邦政府不得不介入协调。通常，调解结果是要求各地新建的桥梁必须有足够的通航净空。到19世纪末，国会立案，规定所有跨越通航水道的新建桥梁项目，必须经由国防部（War Department）审核通过。同时，对于妨碍通航的既有桥梁， 国防部有权要求对其进行升级改造。
至此，开合桥在美国进入了一个建设高峰。各种不同形式的开合桥应运而生，Drawbridge一词逐渐被Movable Bridge取代。
开合桥的三种形式
所谓“Movable Bridge”，是指跨越通航水域的桥梁， 在特定时间临时中断桥面交通，上部结构移动开启，为航行的大船让出一条畅通的航道；待大船通过后，桥面合拢关闭，开放桥面交通。此时的Movable Bridge，不再为了防御，而是具有双重畅通功能：桥面的公路或铁路畅通，桥下的船舶航运畅通。
与其他工程领域的技术发展一样，开合桥在设计与施工方面的发展和进步，是由工业革命催生推动的，它的发展更直接与动力机械的研发同步。开合桥的研发，始于19 世纪的欧洲大陆和英国。美国的工业化进程比欧洲稍晚， 在开始大规模建设桥梁的时候，便将大西洋彼岸的研发成果作为借鉴的典范，同时使用最新的开合驱动装置，使得美国的开合桥建设很具后发优势。
按照上部结构开启与闭合的运动方式，开合桥有三种主要形式——
平转桥（Swing Bridge）
图2是典型的平转式开合桥。两片桁架在中央墩处， 用强壮的横梁连接，横梁中点便是上部结构平转时的中心点。桥梁开启时，机械装置将桥梁的上部结构整体顶升， 直到主梁两端脱离桥台约束，然后开始以横梁中点为轴心，绕竖向（垂直）轴，在水平面旋转90度，让开河道；闭合时反向平转90度，主梁回归原位，上部结构落位，主梁两端回到桥台支座。
这种平转支墩位于主梁中点的平转桥，在开启和闭合的转动过程中，桥梁的上部结构处于中点固定，两端悬臂的重力自平衡受力状态。这是最经济的布置方式。当河道较窄，不容许在中央设墩，或者是自然航道偏在河岸的一侧，这时，就需要将支墩移向河岸一侧，构成支点两侧悬臂长度的差异。为了实现平转时的重力平衡，常常不得不在桥台之后增加一个附加跨，在附加跨上配重以实现桥梁开启时的重力自平衡。这又会带来另外的问题。英国建造平转桥多半是板梁，用配重可以实现重力自平衡，但是由于板梁挡风面积较大，在平转时，支点处需要很强的横向约束。美国平转桥通常用桁架主梁，挡风面小，由于悬臂长度产生的风荷载差异相对较小。
竖转桥（Bascule Bridge）
“Bascule”引自法语，原意为“秤”，在桥梁中特指绕水平轴转动的开合桥。竖转桥开启时，一端作为转动支点，另一端由水平位置向上升起，在立面划出一段圆弧轨迹。初期由于开合装置简陋沉重，人力操纵开合十分费时费力，竖转桥的应用远不如平转桥广泛。直到19世纪末， 动力装置有了极大的进步，竖转桥开始表现出其特有的优势，获得巨大发展空间。
竖转桥的型式主要表现在转动支点处不同的支承方式和运动方式。支承形式为固定点支承、滚动面支承和滚轴支承。运动方式有三种，绕固定轴转动、滚动，以及滚动与纵向平移组合。工程师在此发挥了极大的想象力，创造出许多子类型。基本上，竖转桥的支承方式可以分为三种：1）固定轴支承，通过拖动主梁，使它绕固定轴竖向旋转，旋转中心尽量与旋转主梁结构的重心重合，并且在开合过程中基本保持固定。2）滚动线支承，主梁端部与滚轮相接，滚轮前后滚动，实现梁的开合，主梁重心在开合过程中沿桥纵向水平移动。3）滚子轴承支承，通过旋转轴附近的滚子轴承、摇杆装置，保持旋转中心固定，并与开合结构的重心重合。旋转中心保持固定，并与运动物体的重心重合。
竖转桥有单肢开合与双肢开合两种。单肢开合桥以主梁一端为支点，另一端沿立面圆弧轨迹移动开启桥面；双肢开合桥的主梁在跨中点处断开为对称的两段，分别以两岸的桥台为水平轴旋转开合。
提升桥
提升桥的开合是上部结构整体从桥台上提升，为大船让出净空通行。在大多数情况下，桥梁的重量是通过缆绳或链条提升。形象的说法，就是桥台放在两座升降机塔架上，两台升降机同步操作，实现桥梁的开合。
典型杰作
平转桥——法尔达内铁路大桥
（El Ferdan Railway Bridge）
法尔达内铁路大桥位于埃及伊斯梅利亚，跨越苏伊士运河，是一座平转开合桥。这里有过两座铁路大桥。老桥也是一座平转开合铁路桥，老桥长318m，平转支点设在桥跨中央，开启时航道净宽为148米，在1963年建成通车时，是世界上跨度最大的平转开合桥。1967年第三次中东战争期间，老桥被毁。1995年，埃及国家铁路以设计施工总承包的模式，投资8000万美元复建新桥。新法尔达内铁路桥在2001年年底建成通车，桥总长640米，跨径布置150 米-340米-150米。新桥是两座长度为320米的独立平转桥， 开启时航道净宽320米。
新桥采用下承式桁梁，桁间距为11.4米，铁路以桥梁纵轴线为中心线铺设，两侧各有一个净宽3米的公路车道。苏伊士运河的航运远比埃及国家铁路繁忙，新桥建成后， 大部分是开启状态（图3），只在特定的时间段运河断航， 大桥闭合供汽车和火车通行。新桥的开合由三相电机驱动，单程（开启或闭合）大约30分钟。
图3 照片来自
https://structurae.net/photos/16874-el-ferdan-swing-bridge-suez-canal-egypt
埃及政府于2014年启动新苏伊士运河项目，在运河东侧平行开凿另一条航道。新航道阻隔了两岸的公路和铁路交通，在跨越苏伊士运河新航道上架设另一座法尔达内铁路大桥之前，这座通车不到20年的大桥会一直处于开启状态。
竖转桥——伦敦塔桥
伦敦塔桥在伦敦城区，跨越泰晤士河，始建于1886 年，1894年开通使用。有人说这座桥因为靠近伦敦塔而得名，而实际上这座桥的两座塔，以其哥特式造型成为伦敦的地标建筑。称之为塔桥，并不需要借伦敦塔之名。
伦敦塔桥是混合桥，三个主跨，中跨是双肢竖转开合桥，两个边跨是悬索桥。立项之初，高桅杆的帆船通航要求否定了50多个建设方案。1885年，英国议会批准中跨建成开合桥的方案，并特别规定：1）中跨的通航净空为41米（135英尺），净宽为61米（200英尺）；2）桥墩的长度不超过56.4米，宽度不超过21.3米；3）两个边跨的跨度均为82.3米（270英尺）；4）施工区间中央河道必须保证48.8 米（160英尺）的通航净宽。
开合桥的桥面宽12.5米（42英尺），主梁是四片锻钢桁架梁，约为1吨重，开启时能旋转86度。最初使用蒸汽为动力的液压驱动系统，1974年改为电动液压驱动。单程（开启或闭合）需要5分钟。
图4 接近完工的伦敦塔桥
（照片来自维基百科）
提升桥——萨克拉门托河大桥（塔桥）
萨克拉门托河大桥位于美国加州通往首府萨克拉门托河的入口，“塔桥”是它更常用的名字。因其提升塔造型采用了当时刚刚兴起的流线型现代主义风格，萨克拉门托大桥成为上个世纪30年代美国社会文化和建筑特征的一个杰出代表，在1980年列入美国国家历史遗迹名录。
加州塔桥的提升跨主梁是两片三角桁架，跨度为63.7 米（209英尺），提升总重量为1040吨；由塔内两套独立的电动提升系统控制，提升速度约为每秒0.3米（1英尺）；开启时提供52米宽、30米高的通航净空。
图5 日落余晖中的塔桥
（来自维基百科）
开合人行桥
开合桥是社会经济、城市发展、交通运输方式快速演进，各方协调向有序管理过渡期间的特殊产物，它的兴盛时期不长。当社会生活的节奏变得越来越快，当城市交通总是以“缓堵”为主题时，开合桥便难有立锥之地了。
不过，工程师的创造力和想象力，总是能在合适的地方安放合适的结构。集造型、交通为一体的开合人行桥， 便是这样，离开喧嚣的闹市，安安静静地为慢行者提供跨越河流小溪的通道。
最奇妙迷人的开合人行桥，当数英国2001年建成的盖茨黑德千禧桥。这座大桥的开启方式独特，既不是平转竖转，也不是提升，而是侧转；诗意的人们形容为蝴蝶扇动的翅膀，当地人则亲昵地称为“眨眼”。这座桥跨度大约100米，主梁由一侧的倾斜拱悬吊，平弯桥面。当桥下过大船的时候，桥面在4.5分钟内侧向翻转40度（眨眼），与承重的拱构成一对翅膀（图6）。
图6 来自网页
https://creativecommons.org
开合人行桥也可以架在办公楼之间，为行色匆匆的上班一族制造点小乐趣。
这座竖转人行桥位于伦敦帕丁顿，跨越20米宽的小河，桥面由5根纵梁构成，闭合时是一座3米宽的人行桥；5 根纵梁可独立按顺序打开，各自竖转不同的角度，便在开启时构成一个半开折扇的造型，如图7。
图7 帕丁顿的“折扇”人行桥
这座2002年建成的康赛特（Conzett）悬吊人行桥位于比利时布鲁日，是当地的美景之一。桥梁上方的两根钢管是承重主梁，木结构桥面搁置在横梁上，用吊索将横梁与主梁连接。主梁转动，收放吊索，便可以使得桥面垂直升降，成为一座提升开合桥。
图8 康赛特提升人行桥
这些精心创作的桥梁，为充满古意的开合桥开创了一个新的生存空间。
本文刊载 / 《桥梁》杂志 2020年 第1期 总第93期
作者 / 尹德兰
作者系林同棪国际工程咨询(中国)有限公司原桥梁总工
