橋梁的結(jié)構(gòu)形式和美學(xué)發(fā)展

橋梁的結(jié)構(gòu)形式和美學(xué)發(fā)展隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，工業(yè)水平的提高，橋梁建筑技術(shù)得以迅速發(fā)展。千里江面上的座座跨江大橋、現(xiàn)代高速公路迂回交叉的立交橋、高架橋和城市高架道路，以及更長(zhǎng)的跨海灣、海峽大橋，城郊高速鐵路橋與輕軌運(yùn)輸高架橋等，猶如一條條''彩虹〃使得天塹變通途，涌現(xiàn)出多種橋梁結(jié)構(gòu)形式。橋梁建成之后，與當(dāng)?shù)刈匀画h(huán)境、人文環(huán)境共同構(gòu)成一處景觀，具有時(shí)代的特征。1、橋梁的結(jié)構(gòu)形式從橋梁的結(jié)構(gòu)體系及其受力特點(diǎn)來(lái)看，現(xiàn)代橋梁可劃分為梁式橋、拱式橋、剛架橋、斜拉橋、懸索橋。1.1梁式橋梁式橋是一種在豎向荷載作用下無(wú)水平反力的結(jié)構(gòu)。由于外力的作用方向與承重結(jié)構(gòu)的軸線接近垂直，故與同樣跨徑的其他結(jié)構(gòu)體系相比，梁內(nèi)產(chǎn)生的彎矩最大，通常需用抗彎能力強(qiáng)的材料（鋼、木、鋼筋混凝土）來(lái)建造。目前在公路上應(yīng)用最廣的是預(yù)制裝配式的鋼筋混凝土簡(jiǎn)支梁橋。這種梁橋的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，施工方便，對(duì)地基承載能力的要求也不高，常用跨徑在25m以下。當(dāng)跨度較大時(shí)，需要采用預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支梁橋，跨度一般不超過50m。為了達(dá)到經(jīng)濟(jì)、省料的目的，可根據(jù)地質(zhì)條件等修建懸臂式或連續(xù)式的梁橋，對(duì)于很大跨徑，以及對(duì)于承受很大荷載的特大橋梁，除建造使用高強(qiáng)度材料的預(yù)應(yīng)力混凝土梁橋外，可建造鋼橋。1.2拱式橋拱式橋的主要承重結(jié)構(gòu)是拱圈或拱肋。拱在豎向荷載作用下，橋墩或橋臺(tái)將承受水平推力，同時(shí)，此水平推力將顯著抵消荷載所引起的拱圈或拱肋內(nèi)的彎矩作用。因此，與同跨徑的梁相比，拱的彎矩和變形要小得多。鑒于拱橋的承重結(jié)構(gòu)以受壓為主，通常就可用抗壓能力強(qiáng)的圬工材料（如磚、石、混凝土）和鋼筋混凝土等來(lái)建造。拱橋的跨越能力很大，在條件許可的情況下，修建拱橋往往是經(jīng)濟(jì)合理的。同時(shí)應(yīng)當(dāng)注意，為了確保拱橋能安全使用，下部結(jié)構(gòu)和地基必須能經(jīng)受住很大的水平推力的不利作用。1.3剛架橋剛架橋的主要承重結(jié)構(gòu)是梁或板和立柱或豎墻整體結(jié)合在一起的剛架結(jié)構(gòu)，梁和柱的連接處具有很大的剛性。在豎向荷載作用下，梁部主要受彎，而在柱腳處也具有水平反力，其受力狀態(tài)介于梁橋與拱橋之間。當(dāng)遇到線路立體交叉或需要跨越通航江河時(shí)，采用這種橋型能盡量降低線路高程，以改善縱坡并能減少路堤土方量。1.4懸索橋傳統(tǒng)的懸索橋（乂稱吊橋）均用懸掛在兩邊塔架上的強(qiáng)大纜索作為主要承重結(jié)構(gòu)。在豎向荷載作用下，通過吊桿使纜索承受很大的拉力，通常就需要在兩岸橋臺(tái)的后方修筑非常巨大的錨碇結(jié)構(gòu)。懸索橋也是具有水平反力（拉力）的結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)代的懸索橋上，廣泛采用高強(qiáng)度的鋼絲成股編制的鋼纜，以充分發(fā)揮其優(yōu)異的抗拉性能，因此結(jié)構(gòu)自重較輕，能以較小的建筑高度跨越其他任何橋型無(wú)與倫比的特大跨度。懸索橋的另一特點(diǎn)是：成卷的鋼纜易于運(yùn)輸，結(jié)構(gòu)的組成構(gòu)件較輕，便于無(wú)支架懸吊拼裝。我國(guó)在西南山嶺地區(qū)和在遭受山洪泥石沖擊威脅的山區(qū)河流上，以及對(duì)于大跨徑橋梁，當(dāng)修建其他橋梁有困難的情況下，往往采用懸索橋。然而，相對(duì)于梁式橋和拱式橋而言，懸索橋的自重輕，結(jié)構(gòu)的剛度差，在車輛動(dòng)荷載和風(fēng)荷載作用下，橋有較大的變形和振動(dòng)?？梢哉f，整個(gè)懸索橋的發(fā)展歷史，是不斷研究和克服其有害的變形與振動(dòng)的歷史，亦即是爭(zhēng)取其結(jié)構(gòu)剛度的歷史。1.5斜拉橋斜拉橋由斜索、塔柱和主梁組成。用高強(qiáng)鋼材制成的斜拉索將主梁多點(diǎn)吊起，并將主梁的恒載和車輛荷載傳至塔柱，再通過塔柱基礎(chǔ)傳至地基。這樣，跨度較大的主梁就像一根多點(diǎn)彈性支承（吊起）的連續(xù)梁一樣工作，從而可使主梁尺寸大大減小，結(jié)構(gòu)自重顯著減輕，既節(jié)省了結(jié)構(gòu)材料，乂大幅度地增大橋梁的跨越能力。此外，與懸索橋相比，斜拉橋的結(jié)構(gòu)剛度大，即在荷載作用下的結(jié)構(gòu)變形小得多，且其抵抗風(fēng)振的能力也比懸索橋好。2、橋梁的美學(xué)原則對(duì)于橋梁而言，在結(jié)構(gòu)造型設(shè)計(jì)方面，應(yīng)符合造型美的基本原則：2.1和諧統(tǒng)一協(xié)調(diào)與統(tǒng)一，主要指兩個(gè)方面：一是作為橋梁結(jié)構(gòu)物，它和橋位處的自然景觀和附近的人工建筑物一起，處在人們的生活的空間中，故要求橋中國(guó)耐曜網(wǎng)enbridsge「cn梁建筑造型要達(dá)到與環(huán)境的協(xié)調(diào)；二是橋梁建筑本身，具有若干的組成部分，其各自的功能和造型不同，這種差別和變化，必須在和諧和秩序中得到有機(jī)的統(tǒng)一，否則不是呆板單調(diào)，便是雜亂無(wú)章，也就不能喚起人們的美感。橋梁結(jié)構(gòu)造型上，首先要注意各結(jié)構(gòu)部分的協(xié)調(diào)統(tǒng)一，一般來(lái)說，要在結(jié)構(gòu)體系、結(jié)構(gòu)形態(tài)及體量上保持協(xié)調(diào)，如我國(guó)建造的許多優(yōu)美的拱橋，其主拱與腹拱就是交替出現(xiàn)，互相呼應(yīng)，給人留下和諧優(yōu)美的感受。2.2主從分明在由若干要素組成的整體中，每一要素在整體中都占有一定的比重和地位，形成主次分明的內(nèi)部關(guān)系。橋梁建筑也是一樣，從功能特點(diǎn)來(lái)看，有主體和附屬之分；從結(jié)構(gòu)受力體系來(lái)看，有主要受力構(gòu)件和次要受力構(gòu)件。主橋與引橋、主體與附屬存在的這種主從差異，正好構(gòu)成了橋梁建筑的差異變化與對(duì)立統(tǒng)一。2.3比例協(xié)調(diào)和諧的比例與尺度是建筑形態(tài)美的必要條件，幾乎所有的美學(xué)家和建筑學(xué)家都認(rèn)為比例在建筑藝術(shù)中至關(guān)重要。橋梁的比例尺度應(yīng)充分考慮橋體各部分之間的關(guān)系，建筑本身與用途的關(guān)系，建筑與周圍環(huán)境的關(guān)系。如城市一般橋梁，應(yīng)兼顧其整體與局部和人體的尺度關(guān)系，給人以真實(shí)、親切、自然的感受。紀(jì)念性的橋梁建筑則可突出其力量與雄偉，給人以崇高感。大跨徑橋梁的建筑空間寬廣，橋梁應(yīng)該選擇長(zhǎng)大高的尺度，以構(gòu)成壯觀磅礴的氣勢(shì)。園林中的橋梁處于特殊的環(huán)境，往往采用曲廊、低欄、小跨的布置，給人以曲徑通幽、錯(cuò)落有致的美感。GqE國(guó)耐果問Cnbrid^e「tn專注橋梁服蓉橋梁久3、橋梁的美學(xué)實(shí)現(xiàn)美的橋梁設(shè)計(jì)必須自然、簡(jiǎn)潔、新穎，與周圍環(huán)境協(xié)調(diào)，相得益彰。3.1梁橋梁橋的形態(tài)特征是水平方向單維突出，具有很強(qiáng)的沿水平方向左右伸展的力動(dòng)感與穿越感。但隨著跨度的不斷增加，梁體各個(gè)部分體量增大，因此比例選擇、構(gòu)件配置以及與周圍環(huán)境的協(xié)調(diào)等在橋梁藝術(shù)表現(xiàn)方面都極為重要，也是梁橋設(shè)計(jì)美學(xué)處理上的難點(diǎn)?？蓮纳喜拷Y(jié)構(gòu)、下部墩臺(tái)以及上下部之間的比例搭配等幾方面進(jìn)行美學(xué)設(shè)計(jì)。梁橋美學(xué)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是主梁形態(tài)的纖細(xì)、輕巧、連續(xù)流暢。對(duì)于等高度梁，縱向控制因素是跨高比；對(duì)于變高度梁，橋面豎曲線、梁底曲線、跨中與支座位置梁高比等因素影響橋梁立面效果?？傊?，可通過改變主梁的長(zhǎng)細(xì)比來(lái)體現(xiàn)梁橋的形態(tài)。但實(shí)際長(zhǎng)細(xì)比常常由于技術(shù)上或經(jīng)濟(jì)上的原因而受到限制，此時(shí)可設(shè)法改進(jìn)主梁斷面造型，以達(dá)到使橋梁形態(tài)看上去比實(shí)際更纖細(xì)輕巧的目的。如將箱梁外側(cè)腹板做成傾斜形成倒梯形斷面，將梁的側(cè)面改變?yōu)榍娴牧骶€型式，避免了梁底出現(xiàn)棱邊，也意味著梁高漸漸隱去，不僅視覺柔和優(yōu)美，增加了纖細(xì)輕巧感，而且增強(qiáng)了抗風(fēng)性能。3.2拱橋拱橋以其氣勢(shì)恢宏，美如彩虹而歷來(lái)受到人們的青睞。它的美在于優(yōu)美的主拱曲線孕育著強(qiáng)大的力量，產(chǎn)生著一躍而過的力動(dòng)感與跨越感，加上柔美拱曲線與直線形的梁柱、桿結(jié)合，呈現(xiàn)出剛?cè)岵?jì)、韻律優(yōu)美的綽約豐姿。主拱形態(tài)是拱橋美的最重要因素。矢跨比與拱軸線方程決定了主拱形態(tài)。圓弧拱主要適用于小跨徑拱橋，形態(tài)簡(jiǎn)潔柔美，寧?kù)o穩(wěn)定；拋物線拱與懸鏈線拱是大中跨拱橋普遍采用的拱軸線型，拋物線拱力動(dòng)感強(qiáng)，懸鏈線拱則更趨向自然和諧。3.3纜索承重橋（斜拉橋與懸索橋）斜拉橋與懸索橋同屬纜索承重橋，在景觀特征上有共同之處。與梁橋相比，結(jié)構(gòu)上增加了塔和索的構(gòu)造，在空間構(gòu)圖上對(duì)單維突出的水平大梁起到了協(xié)調(diào)比例的作用，主梁、橋塔、拉索等構(gòu)件的形式和組合可有多種形態(tài)選擇，設(shè)計(jì)自由度大大增加，有利于大膽構(gòu)思與創(chuàng)新。大跨度斜拉橋從整體感覺上也和懸索橋一樣，由于其巨大的規(guī)模與高聳的主塔起到了象征性標(biāo)志作用，產(chǎn)生著震撼人心的魅力，具有強(qiáng)大的生命力。盡管如此，斜拉橋與懸索橋在視覺印象和美學(xué)感受上還有很大不同，懸索橋是以柔美的主纜曲線為基調(diào)的，而斜拉橋是以直線的剛性為基調(diào)的，它由直線塔、索、梁構(gòu)成更為簡(jiǎn)潔、穩(wěn)定的三角形幾何形態(tài)，充分體現(xiàn)了高速度、高節(jié)奏的時(shí)代感，因此成為現(xiàn)代最為流行的橋型之一。而懸索橋是橋梁家族中當(dāng)仁不讓的最大跨徑橋型，氣勢(shì)磅礴，無(wú)與倫比。其高聳的主塔、粗壯的主纜、強(qiáng)勁的大梁將