现代桥梁结构讲解

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高起专毕业论文

题目：现代桥梁结构

学习中心: 完成日期： 2013年5月25

内容摘要

斜拉桥与悬索桥相互协作，形成了一种新型的协作体系桥梁，这种协作体系在满足桥梁大跨径要求的同时，斜拉与悬索的灵活组合给桥梁形态上的多变提供条件。桥梁建筑以其自身的实用性、巨大性、固定性、永久性及艺术性极大地影响并改变了人类的生活环境。随着经济的发展、科学技术水平的进步、生活水平的提高，人类对周围的生存环境提出了更高的要求，桥梁景观也越来越受到重视，桥梁的美学处理已是桥梁工程师必须的职能范围。

关键词：斜拉-悬索协作体系桥；桥梁美学

目录

内容摘要 ........................................................................................................................... I 引言 (1)

1 斜拉-悬索协作体系桥梁的发展概况 (2)

2 悬索桥的美学设计 (3)

2.1 悬索桥的形态特征 (3)

2.2 悬索桥主构要素的美学设计 (3)

3 斜拉桥的美学设计 (6)

3.1 斜拉桥的形态特征 (6)

3.2 斜拉桥主构要素的美学设计 (6)

4.1 斜拉-悬索协作体系桥梁的形态特征 (8)

4.2 斜拉-悬索协作体系桥梁的美学设计 (10)

参考文献 (12)

引言

如同美学与艺术两者的关系一样，桥梁建筑艺术是桥梁美学的表现。桥梁建筑艺术是通过桥梁建筑实体与空间的形态美及其相关因素的美学处理，形成一种实用与审美相结合的造型艺术，即创造桥梁美的技术。随着交通工具的演变、现代桥梁技术的高度发展及造型艺术设计的出现，需要更系统地研究桥梁建筑美的规律，这必然导致一门专业实用美学的形成，即桥梁美学。桥梁美学是研究以美学的普遍原理、结合桥梁的特殊性质、得出桥梁建筑在设计时应遵循的和在评价中应依据的理论和法则的科学。这一科学的研究与发展，可以使桥梁建筑艺术更加灿烂辉煌。

1 斜拉-悬索协作体系桥梁的发展概况

我国近年来交通建设迅猛发展，江河海域上大跨径斜拉桥和悬索桥不断涌现，桥梁工作者们早就注意到这种协作式的桥型，并对其开展了研究，交通部也将其列为八五科技攻关的课题。

(1)广东汕头海湾大桥

1991年，湖南省公路局和交通设计院曾对广东省的汕头海湾大桥提出主跨620m的斜拉-悬索协作体系桥方案示，与伊兹米特桥方案类似，基本属于迪辛格体系，其特点是索塔塔身和主梁皆采用薄壁高强的FNG(钢纤维，钢丝同，钢筋混凝土)材料(简称“三钢混凝土”)以适应软土地质的需要。此方案未被采用。

(2)台湾高屏溪桥

1993年对台湾高屏溪桥研究方案时曾提出主跨920m的斜拉-悬索协作体系方案，属迪辛格体系。此方案未被采用，实际实施为330m+180m的独塔斜拉桥。

(3)贵州省乌江桥

1993年，贵州省交通厅在重庆交通学院的协作下提出在南盘江上修建主跨240m全长420m的迪辛格体系斜拉-悬索协作桥，因“国内外都没有先例"而未被采用。1994年，在主跨288m的乌江大桥设计中设计者们又坚持了这个方案，并于1995年4月正式开工，1997年10月竣工。

(4)广东伶仃洋东航道桥

1997年，连接广东珠海与香港的伶仃洋大桥工程进行了设计方案竞赛，同济大学对主跨1400m的伶仃洋东航道桥提出了钢预应力组合梁斜拉-悬索协作体系的参赛方案。

(6)江苏常州龙城大桥

龙城大桥是江苏省常州市清凉路跨运河大桥，该桥于2003年底确定采用同济大学设计的巨龙造型。龙城大桥主桥跨径为72+114+30m，主桥采取自锚式斜拉-悬索协作体系，塔向边跨倾斜，宽度与厚度沿高度方向变化，并且采用横桥向倾斜的主缆以及顺、横桥向倾斜的吊杆，主梁采用混合箱形结构。

2 悬索桥的美学设计

2.1 悬索桥的形态特征

悬索桥是利用桥塔将主缆凌空架起，并通过有序排列的吊杆把设有加劲梁或加劲桁梁的桥面悬挂起来的结构。作为承载和传力的悬索系统构成了悬索桥的基本形态，桥面均布恒载使主缆形成优美的悬链线形，轻巧而纤柔的桥面凌空悬挂，潜藏着力的紧张感和力动感。如图3.1a所示，悬索桥的基本心理引诱力线由加劲梁、桥塔和主缆构成；垂直吊杆的心理诱导力线群与桥塔平行，有助于增进桥塔向高空伸展的动态(图3.1b)；连续斜杆的心理诱导力线有减缓桥塔向上动态的倾向(图3.1c)。悬索桥具有流畅、轻快的曲线主旋律和凌空气势磅礴的总体造型。

图3.1 悬索桥心理诱导力图

2.2 悬索桥主构要素的美学设计

(1)主构要素间的均衡和谐

悬索桥均衡美的关键是主构要素间比例与尺度的和谐。垂跨比的不同，不仅改变了主缆、桥塔、加劲梁、锚碇等的受力情况，影响吊桥的刚度和造价，同时也使吊桥的形态发生变化。悬索桥边跨跨径一般小于主跨跨径的一半，边跨越小，主跨就越突出，形成桥下空间的扁平形状可与宽阔的水域背景相协调。但边跨太小，则可能会对桥梁主构要素的均衡和整体形态带来不好影响。

(2)加劲梁

悬索桥加劲梁以桁架式和扁平钢箱梁为主，但是无论哪种形式，都应尽可能达到轻巧纤细、简洁明了、连续流畅的视觉效果。相对来说桁架式梁高度较大，有一种庞然的感觉，因而要特别注意梁缘的处理和杆件纤细度上的选择，尽可能体现悬索桥整体的轻、巧感。扁平箱梁则梁高较小，一般在两侧均有尖嘴状的风嘴，不仅有利于抗风稳定，而且使加劲梁视觉形象更为纤细轻巧。

(3)桥塔

桥塔是景观中的主要对象，其高耸挺拔的风姿起着象征和标志的作用。

①桥塔形式

桥塔的正面形象决定桥塔的特征，是桥塔美学设计的着重点，常用的有门形、A形和钻石形。桥塔的结构型式应根据斜拉索布置、桥面宽度以及主梁跨度等因素决定。门形桥塔基本有桁架式、刚构式及混合式三种。桁架式桥塔设计中应注意桥塔宽度，和塔高之比不要过大，否则会影响桥塔向上的动势；刚构式桥塔形态简洁、稳重，孕育着力的紧张感，当塔柱较高时，可在塔顶或中间位置加设水平梁，以消除从路面到塔顶的空间过大而产生视觉的不安定感；混合式桥塔上部简洁轻快，而下部显得繁杂，容易失去视觉平衡，所以应注意相互协调。A形桥塔与门形桥塔相比，更具动感与方向感，其构图也更活泼、生动。

②桥塔断面

对桥塔结构影响较大的因素是塔柱的断面，塔柱较细时可用矩形、圆形断面；断面较大时，为了避免塔柱表面单调井节省材料，或为了满足抗风动力稳定性要求，可选十字、丁字、H形等断面形式。采用这些断面在塔柱表面产生了纵向线条，加上光阴效果，丰富了表面变化，增强了耸立感，同时也为搬运和安装提供了方便。

(4)主缆、吊杆

主缆是悬索桥主缆在自重作用下基本为悬链线线形，主缆根数的多少与桥塔形式相配合。实际应用中，多采用双主缆体系与门形桥塔配台，也有双主缆体系与A形桥塔搭配的情形。单主缆体系悬索桥在满足结构受力要求的条件下，避免了缆索交错的复杂感，视觉印象更加简洁明了。

吊杆悬挂于主缆上，呈现规则阵列和有规律的变化，是悬索桥形态美的重要因素。吊杆面一般都在铅垂面内，但也可从桥塔顶部向桥面两侧倾斜，形成两个倾斜面。吊杆的布置有两种，即竖直吊杆和斜吊杆。斜吊杆的应用既可以减少加劲梁的变形、提高悬索桥的整体刚度，也丰富了造型的变化，只是其疲劳损伤问