桥梁结构的力学和美学关系探讨

桥梁结构的力学和美学关系探讨

（7889）文章编号：!889;<8==8:;8!"#;87

收稿日期：788:;!!;87

桥梁结构的力学和美学关系探讨

陈丹华，刘建村

（华东交通大学土木建筑学院，江西南昌，==88!=）

摘

要：随着交通事业的迅猛发展，出现了许多造型新颖的桥梁结构，同时也向桥梁工作

者提出了处理力学和美学关系的问题。探讨了桥梁结构力学和美学间的协调性和矛盾性，提出了解决矛盾性的主要措施。关键词：桥梁结构；力学；美学中图分类号：>::!?@

文献标识码：0

近年来，交通事业的迅猛发展为桥梁建设带来了良好的机遇。在我国大江、大河以及城市中陆续修建了许多造型新颖、设计独特的桥梁。在城市景观中桥梁所起的美化作用日益受到人们的重视和关注，这向桥梁设计者提出了更高的要求：他们不仅是桥梁结构的工程师，还应是桥梁造型的艺术家。其关键之处在于如何把握和处理力学和美学之间的关系。

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桥梁结构在力学和美学上具有协调性和一致性

体现在主梁的纵向线形

对于简支梁桥，由于跨度一般不大，截面内的弯矩沿桥跨纵向的变

图7

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拱桥的韵律美

化幅值较小，故可以做成等高度的结构形式。这种简洁、朴实的桥型，是以梁底水平线为形态特征，平直刚劲、简洁有力，具有沿水平方向左右伸展的动势和穿越感。通过桥面的延续来增加桥梁连续大方的美感。

对大跨度连续梁桥或连续刚构桥，在恒载和活载作用下，由于支点负弯矩的卸载作用，跨中正弯矩被显著减小，而且支点截面设计负弯矩一般比跨中截面的设计正弯矩值大，故主梁采用变高度的形式才能达到受力上的合理性和较好的经济效益。即在支点处加大梁高，在跨中附近区段减小梁高。

梁底曲线可采用折线、圆弧线或抛物线等线形，与梁顶面的直线配

体现在主梁的横断面形式

目前在大跨度桥中较多采用了斜腹板箱形截面、三角形箱形截面以

及梁底流线型截面。这些形式避免了普通竖直腹板箱形截面出现的棱边，不仅视觉印象柔和优美，增加了结构轻巧感，同时从力学上看，由于采用斜腹板或流线型造型，有效地减小了结构对风荷载的阻力作用，具有较高的抗风稳定性。!?=

体现在桥墩的结构形式

城市桥梁的桥墩造型多种多样，其中框架式轻型桥墩的使用，不仅使体态轻盈、桥下的视野开放，而且桥墩群展现出较强的整体韵律感。A形、都显得轻快而有韵味。6形、2形、0形和*形等形态的桥墩，从受力上看，对于A形和2形桥墩的设置，在桥墩处相当于为主梁

提供了纵向相邻的两排支承（图=），与跨度相同仅设普通桥墩的结构相比，缩短了主梁的计算跨径，削掉了墩顶处主梁所受的负弯矩尖峰。由于负弯矩数值的减小，可将主梁高度降低，达到主梁轻型化的目的。

图!变高度梁桥的纵向线形

合在一起，缓和而优美，呈现出自然、抒情和奔放的特性。梁底曲线与桥（或水面）下地面之间形成一种扁拱形的空间远观效果，如图!所示。当为多跨梁时，通过梁底曲线有秩序地变化，给人以跳跃的韵律美。

拱桥是桥梁中最能体现美的一种桥型。拱桥态似彩虹，以主拱圈优美的弧线显示了其固有的曲线美，使拱桥具有活泼、优美、流畅的特点，同时又不失力度感。多孔连拱桥由于主拱圈的重复出现或按一定规律变（图7）化，可呈现出连续或渐变的韵律和节奏感，使美丽的桥梁看上去如无声而美妙的音乐。

拱桥的这种曲线结构形式同时也获得了良好的力学效果。在竖向力作用下，主拱的曲线形式使拱桥产生了区别于梁式结构的拱脚水平推力。正是这个水平推力，使拱内产生了轴向压力，从而大大减小了拱圈截面的弯矩。与受弯梁相比，截面上的应力分布将更为均匀。故拱桥结构可充分利用主拱的材料抗压强度，使跨越能力增大。另外，主拱及腹拱的曲线造型还可以有效排泄水流，减轻洪水对桥梁的破坏作用；腹拱的设置又可进一步减轻结构自重，增强桥梁跨越能力。

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A形和2形桥墩造型

图:

斜拉桥扇形索面

体现在其他结构形式

本文仅以在城市桥梁中发挥重要角色的斜拉桥为例。斜拉桥以其索

塔和拉索等构件的多种构造形式，为城市增添了无限魅力，成为一座城市或一个时代的标志，一个时代的人文景观。

从拉索索距来看，目前斜拉桥都趋向于索面内多根拉索紧密排列，即采用密索体系。多根拉索在索面内的布置形式可采用竖琴形、辐射形（图:）及扇形，从远处看索面犹似薄纱，近看纤细而有力。通过拉索有规律的排列，给人以斜向向上的力动感和强烈的节奏感；与水平刚劲的主梁和挺拔高耸的索塔相比，又显出它的轻巧柔美。

桥梁结构的力学和美学关系探讨