異形拱橋人字拱斜拉橋翼形橋塔造型藝術

1、異形拱橋人字拱斜拉橋翼形橋塔造型藝術【摘要】提出一種新型的組合橋型-鷹型人字拱斜拉橋。本文強調橋梁設計應綜合考慮使用功能、力學特性。建筑藝術以及與環(huán)境的協(xié)調性。文章介紹了它的空間構成，分析了它的受力特征，論證了該結構的科學性、合理性與先進性。并從整體上闡述該結構的適用范圍、時代特征及現(xiàn)實意義。關鍵詞 異形拱橋 人字拱 斜拉橋 翼形橋塔 造型藝術一、引語橋梁建筑作為現(xiàn)代文明中不可缺少的實用性建筑結構物，首先應滿足使用功能的需要，然而一座優(yōu)秀的橋梁往往以其雄偉壯麗、精巧雋秀而顯示出人民的創(chuàng)造力，以其先進的技術、精湛的工藝反映出社會的生產(chǎn)水平，更以其磅腐氣勢、雄偉渾厚標志著時代精神，從而成為一項藝術

2、杰作。 為了保證現(xiàn)代橋梁的新、美、穩(wěn)的建筑特性，以及日新月異的世界發(fā)展所要求的鮮明時代特征，如何突破傳統(tǒng)的橋梁在結構或造型上存在的局限性，便成為了現(xiàn)代橋梁建設所面臨的嚴峻考驗，為此作者在重慶交通學院周志祥教授的指導下，進行了深入的探索，提出了一種嶄新的橋梁結構型式，即斜拉與異型人字拱的組合-鷹形人字拱斜拉橋。下面以某橋的投標方案為基礎，作簡要分析。二、空間構成1設計標準設計荷載：汽一20，掛一100，人群3.5knm。橋跨布置為 70m 70m，全長 140m，寬14m，主橋跨采用翼型橋塔單索面斜拉橋（見圖1）。上部結構采用塔、墩、梁固結體系，豎琴式單索面，塔墩為雙薄壁柔性墩身配鉆孔灌注樁基礎

3、。2主梁與橋面板主梁截面采用抗扭能力大的斜腹板單箱截面，梁高1.8米。主梁內不設中橫梁而采用每隔2.5米設置一對預應力混凝土斜桿來傳遞拉索拉力，在箱梁頂板中央錨索處設置加強的小縱梁，既利于錨索，又使行車道板受力明確。箱梁采用三向預應力體系，用50號混凝土。 考慮到近年來橋面板破壞的主要原因往往是鋼筋的銹蝕，橋面板采用纖維增強混凝土材料（frc）（該材料具有很高的的抗疲勞和靜力強度，且造價低于普通鋼筋混凝土）。3橋塔采用翼形橋塔的造型，矢跨比1/7，有效地降低了主塔建筑高度，減少了塔柱材料的用量及造價，符合城市橋梁建筑要求。橋塔采用箱形變截面拱，受力分析表明，橋塔下半部拱肋承受壓力，可充分發(fā)揮混

4、凝土的抗壓特性。同時，作為拉索錨固段，為防止錨固力作用下的開裂，可采用體內有粘結的預應力鋼絲束或體外無粘結的預應力鋼筋混凝土結構。將預應力作為外力來平衡拉索產(chǎn)生的內力。上半部拱肋承受拉力，采用全預應力鋼筋混凝土以增強抗拉能力，減少縱向裂縫出現(xiàn)的可能性。 4鋼管混凝土斜撐在主塔兩側分別架設兩根鋼管混凝土斜撐，作為偏心受壓桿件，承受水平推力。其端部與翼形主塔相連接，構成異形人字拱，增強了主塔的抗壓能力與橋的整體剛度，同時對主塔起支撐作用，使其力學性能得到明顯改善。5斜拉索斜拉索由12對5mm高強鋼絲平行鋼絲束組成。拉索在梁上的標準索距為8.0m。拉索兩端安裝抗疲勞性能良好的特殊冷鑄錨具，方便預加應

5、力、卸載和換索。三、結構靜動力分析1靜力分析將橋作一平面模式進行受力分析。全橋共分70個單元，76個節(jié)點，12種截面。設計荷載按汽超20計算，掛車按120驗算，人群荷載3.5kn/平方米。平面分析模式如圖2。由圖3，4，5可以看出：在恒載作用下，最大彎矩發(fā)生在約14跨徑處，最大負彎矩發(fā)生在墩頂處的主梁截面；最大剪力發(fā)生在塔根處；最大軸力發(fā)生在橋塔根部，橋塔上拱肋的拉力亦在控制設計值之內。最大豎向撓度產(chǎn)生在1/3l，處，撓度值為5.613mm，大大小于同等跨徑單索面斜拉橋的最大豎向撓度，與異型拱橋相近根據(jù)安陽東風橋（60m 60m）理論，撓度值為 6.4mm。受力分析表明，本橋結構受力合理。2.

6、動力分析（1） 由平面有限元分析頻率（表1）：(2）振型分析 通過平面有限元對不同點的振幅進行分析，得到該橋的前三階振型（圖7，8，9）。3小結靜動力受力分析表明，本設計方案具有良好的受力特征與結構穩(wěn)定性。如果橋位地區(qū)對風振、抗震性能有特殊要求，可仿斜拉橋采取相應的減振（震）措施。另外，橋塔兩端的鋼管混凝土柱可滿足一定的減震需要。值得一提的是人字鋼管混凝土斜撐與翼形橋塔的組合結構在平、立、縱面上均為三角形構圖，具有很好的穩(wěn)定性，這從整體上大大地增強了橋梁的穩(wěn)定性。四、美學概述橋梁造型的美學效果應是現(xiàn)代橋梁建設中必須考慮的重要因素之一。 鑒于此，我們構思的鷹形人字拱斜拉組合橋方案，除了基于傳統(tǒng)的

7、結構的穩(wěn)定性與經(jīng)濟性考慮之外，同時也從橋梁美學效果方面出發(fā)進行方案設計。本方案綜合考慮了橋梁的形式美、功能美以及與環(huán)境的協(xié)調作用，從時代的需求出發(fā)，打破了保守的設計思路，將斜拉橋、拱橋等基本橋型進行合理分解與重組并進行適當變形，在實用的前提下塑造出一個新穎、美觀、獨特的橋梁造型。1形式美翼形橋塔的拱肋線型改傳統(tǒng)對稱曲線為偏態(tài)的異型曲線，吊桿按一定斜率斜向布置而不是豎向布置，這就使其在比例方面產(chǎn)生了獨特的動感效果。吊桿按一定間距和斜率斜向布置，傾斜的構件序列形成了較快的韻律，這種速度感結合拱肋重心向吊桿傾斜方向的偏移，使橋梁具有了強烈的動勢效果，使鷹形人字拱斜拉橋在形態(tài)上產(chǎn)生了栩栩如生的生命感，

8、體現(xiàn)了"鷹擊長空"的壯觀景象。2功能美鷹形人字拱斜拉橋各部分均沒有多余浪費之處，它像彎弓緊張以抵抗外力，呈現(xiàn)渾然一體的強有力的功能美。人字形鋼管混凝土柱承受水平推力，端莊穩(wěn)重；雙面平行斜拉索采用高強度柔性鋼絲束，既經(jīng)濟又美觀；翼型橋塔具有一般斜拉橋主塔的力學功能，在安全允許的前提下，最大可能地變異，有著如鷹翼般的動態(tài)美。令人明顯感覺到它的簡潔明快而又不失緊張感，給人以巨大的心理誘惑力。 3建筑環(huán)境及其協(xié)調性鷹形人字拱斜拉橋建筑高度小、造型獨特，適用于平原地區(qū)的河中造型和軟土地基以及建筑藝術要求較高的城市大、中型橋梁。若將此橋建于開闊地帶的w形河床上，則更具建筑優(yōu)勢。從景觀藝

9、術上考慮，本橋適宜于強調法的處理，即讓橋梁成為周圍環(huán)境的主景，又與環(huán)境取得視覺上的平衡。也就是說使橋梁在景觀中居于中心地位，并在以該橋為主景的前提下，匯集各種物象而創(chuàng)造出新的環(huán)境和新的景色。4橋梁附屬設施的協(xié)調本橋為體現(xiàn)現(xiàn)代城市的活力，在附屬設施的布置上作了精心的安排。照明設施采用主塔門的多棱鏡球體與線型排列的蘭花型立桿路燈相結合的方式，作為主要安全設施之一的欄桿則采用白色外涂的鷹形樓空雕花形式，在外觀裝飾上，銀灰的主塔與深紅的鋼管交相輝映。整體造型與細部裝飾均帶有強烈的暗示感，大膽的色彩與線條體現(xiàn)了熱情奔放的現(xiàn)代主旋律，將力的雄渾，水的柔美，有機結合在一起。五、發(fā)展前景及展望鷹形人字拱與斜拉

10、組合橋是對傳統(tǒng)橋型的一次全新的挑戰(zhàn)。這種組合變異的橋型將會給未來的城市建設帶來新的景觀。隨著建筑工藝的不斷提高，施工經(jīng)驗的逐步積累，此類橋梁的結構將更加合理，造型將更加豐富，附屬設施將更趨完善，建筑造價將更加低廉。以長遠的目光來看，本文所提出的橋型構思極具發(fā)展?jié)摿?，是一種逐步走向完善的經(jīng)濟實用合理的新型橋梁。六、結語鷹形人字拱斜拉橋集斜拉橋、異型拱及人字拱橋三家之長，將橋梁力學與橋梁美學有機地融合在一起，作為一種新型橋型供建設和設計的單位參考。它的主要特點在于：（1）合理的空間構成與材料的充分利用。（ 2）力學與美學達到最大限度的和諧。（3）使橋梁的標志作用與象征意義得到清晰的體現(xiàn)。最大豎向撓

11、度產(chǎn)生在1/3l，處，撓度值為5.613mm，大大小于同等跨徑單索面斜拉橋的最大豎向撓度，與異型拱橋相近根據(jù)安陽東風橋（60m 60m）理論，撓度值為 6.4mm。受力分析表明，本橋結構受力合理。3小結靜動力受力分析表明，本設計方案具有良好的受力特征與結構穩(wěn)定性。如果橋位地區(qū)對風振、抗震性能有特殊要求，可仿斜拉橋采取相應的減振（震）措施。另外，橋塔兩端的鋼管混凝土柱可滿足一定的減震需要。值得一提的是人字鋼管混凝土斜撐與翼形橋塔的組合結構在平、立、縱面上均為三角形構圖，具有很好的穩(wěn)定性，這從整體上大大地增強了橋梁的穩(wěn)定性。四、美學概述橋梁造型的美學效果應是現(xiàn)代橋梁建設中必須考慮的重要因素之一。

12、鑒于此，我們構思的鷹形人字拱斜拉組合橋方案，除了基于傳統(tǒng)的結構的穩(wěn)定性與經(jīng)濟性考慮之外，同時也從橋梁美學效果方面出發(fā)進行方案設計。本方案綜合考慮了橋梁的形式美、功能美以及與環(huán)境的協(xié)調作用，從時代的需求出發(fā)，打破了保守的設計思路，將斜拉橋、拱橋等基本橋型進行合理分解與重組并進行適當變形，在實用的前提下塑造出一個新穎、美觀、獨特的橋梁造型。1形式美翼形橋塔的拱肋線型改傳統(tǒng)對稱曲線為偏態(tài)的異型曲線，吊桿按一定斜率斜向布置而不是豎向布置，這就使其在比例方面產(chǎn)生了獨特的動感效果。吊桿按一定間距和斜率斜向布置，傾斜的構件序列形成了較快的韻律，這種速度感結合拱肋重心向吊桿傾斜方向的偏移，使橋梁具有了強烈的動

13、勢效果，使鷹形人字拱斜拉橋在形態(tài)上產(chǎn)生了栩栩如生的生命感，體現(xiàn)了"鷹擊長空"的壯觀景象。2功能美鷹形人字拱斜拉橋各部分均沒有多余浪費之處，它像彎弓緊張以抵抗外力，呈現(xiàn)渾然一體的強有力的功能美。人字形鋼管混凝土柱承受水平推力，端莊穩(wěn)重；雙面平行斜拉索采用高強度柔性鋼絲束，既經(jīng)濟又美觀；翼型橋塔具有一般斜拉橋主塔的力學功能，在安全允許的前提下，最大可能地變異，有著如鷹翼般的動態(tài)美。令人明顯感覺到它的簡潔明快而又不失緊張感，給人以巨大的心理誘惑力。 3建筑環(huán)境及其協(xié)調性鷹形人字拱斜拉橋建筑高度小、造型獨特，適用于平原地區(qū)的河中造型和軟土地基以及建筑藝術要求較高的城市大、中型橋梁。

14、若將此橋建于開闊地帶的w形河床上，則更具建筑優(yōu)勢。從景觀藝術上考慮，本橋適宜于強調法的處理，即讓橋梁成為周圍環(huán)境的主景，又與環(huán)境取得視覺上的平衡。也就是說使橋梁在景觀中居于中心地位，并在以該橋為主景的前提下，匯集各種物象而創(chuàng)造出新的環(huán)境和新的景色。4橋梁附屬設施的協(xié)調本橋為體現(xiàn)現(xiàn)代城市的活力，在附屬設施的布置上作了精心的安排。照明設施采用主塔門的多棱鏡球體與線型排列的蘭花型立桿路燈相結合的方式，作為主要安全設施之一的欄桿則采用白色外涂的鷹形樓空雕花形式，在外觀裝飾上，銀灰的主塔與深紅的鋼管交相輝映。整體造型與細部裝飾均帶有強烈的暗示感，大膽的色彩與線條體現(xiàn)了熱情奔放的現(xiàn)代主旋律，將力的雄渾，水的柔美，有機結合在一起。五、發(fā)展前景及展望鷹形人字拱與斜拉組合橋是對傳統(tǒng)橋型的一次全新的挑戰(zhàn)。這種組合變異的橋型將會給未來的城市建設帶來新的景觀。隨著建筑工藝的不斷提高，施工經(jīng)驗的逐步積累，此類橋