頤和園知春橋上的“蝴蝶結(jié)”。
（圖片由作者提供）

在頤和園游逛，走過知春橋時(shí)，細(xì)心的朋友會(huì)發(fā)現(xiàn)，在橋身和橋墩中，鑲嵌有兩頭寬、中間束腰，形似蝴蝶結(jié)的生鐵塊，它是什么呢？

再思考一個(gè)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(dú)立的大石頭，是怎么連成一個(gè)整體的？

把這兩個(gè)問題放到一起思考，就能找到答案。

連石成橋?腰鐵發(fā)揮重要作用

蝴蝶結(jié)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(lián)接。

據(jù)考證，腰鐵最早出現(xiàn)在大名鼎鼎的隋朝趙州橋上，別看它個(gè)頭小，像蝴蝶結(jié)一樣裝飾在橋身上，實(shí)際上，趙州橋能夠屹立千年不倒，腰鐵在其中發(fā)揮的作用至關(guān)重要。

修橋時(shí)，先在相鄰的兩塊石頭上分別挖出一個(gè)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(jìn)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(shí)候會(huì)收縮，這兩塊石頭就連接得更緊密了。這樣兩兩相連，從而構(gòu)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(duì)整個(gè)橋進(jìn)行調(diào)整。

腰鐵不止起到連接作用，還因?yàn)樗窈Y(jié)一樣的形狀，好比榫卯結(jié)構(gòu)里凸出來的那一頭，使得兩塊拱石形成榫卯結(jié)構(gòu)。從而在多個(gè)維度形成拉力，這樣橋梁就更加牢固穩(wěn)定，既可以承受車水馬龍的橋面壓力，又可以抵抗強(qiáng)大的洪水沖襲。

應(yīng)用廣泛?腰鐵至今仍被使用

在施工現(xiàn)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(xiàn)場設(shè)置熔鐵爐，且高溫的鐵水灌入榫槽瞬間容易引起石構(gòu)件局部劇烈升溫變形，導(dǎo)致石構(gòu)件損壞。

后期，人們改進(jìn)了制造工藝，直接將提前鑄造出的統(tǒng)一規(guī)格的腰鐵嵌入預(yù)留的榫槽內(nèi)，這樣標(biāo)準(zhǔn)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(zhì)量。

宋代開始，腰鐵被廣泛應(yīng)用于古代橋梁、水閘及古城墻建造中，在明清時(shí)期達(dá)到頂峰，金中都水關(guān)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(shí)至今日，強(qiáng)度與韌性的平衡依然是建筑學(xué)、材料學(xué)等領(lǐng)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(jié)構(gòu)結(jié)合起來制成腰鐵。這不僅展現(xiàn)了當(dāng)時(shí)先進(jìn)的技術(shù)水平，更蘊(yùn)藏著剛?cè)岵?jì)的中國傳統(tǒng)哲學(xué)與文化精髓。

經(jīng)過歲月沉淀，今天腰鐵依然在建筑、家具、文物修復(fù)等行業(yè)發(fā)揮著極為重要的作用。這份歷久彌新的中國傳統(tǒng)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）

歡迎掃碼關(guān)注深i科普！

我們將定期推出

公益、免費(fèi)、優(yōu)惠的科普活動(dòng)和科普好物！