桥型结构美学特性分析范文

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作者：朱孟君

高速公路跨线桥设计是高速公路设计的重要组成部分,一个技术先进、经济节约、功能齐全、布局合理、桥型优美、景观协调的跨线桥在高速公路中起着画龙点睛的作用。本文结合高速公路跨线桥常用桥型的设计体会,针对跨线桥美学特点及桥型设计中的一些问题进行研讨。

1跨线桥的美学特征

跨线桥由于跨越的是高速公路,在美学问题上除具有一般的桥梁美学特征外,还有其自身的特征,主要体现在:

(1)跨线桥空间造型的美学要求较高,一般桥梁多为其两岸的正视或侧视以及路外的远视,强调的是桥梁整体轮廓和气势,尤其是桥面以上部分(如斜拉桥、吊桥)的造型给人的美学印象,而跨线桥是线路间的相互跨越,人们要从上、下线对桥跨作全方位的动态观视,这就对桥跨的空间造型、细部结构和装饰都提出了更高的要求。

(2)跨线桥下高速公路上行驶车辆的净高、司机视线和视野以及观赏的需要,要求跨线桥具有足够的透空度,使得整座桥梁显得轻巧、空旷,这对桥跨下部结构提出了更高的要求。

2跨线桥的美学设计要求及其设计要点

2.1跨线桥的美学设计要求

高速公路不但给使用者提供一条快速干道,而且是一道风景线。跨线桥由于上跨高速公路,在这道风景线中起着重要的作用,设计中必须重视美学设计。

(1)跨线桥的设计应与周围环境、景观协调一致,互相配合,融为一体,要做到这一点,必须在桥梁选型上下功夫,通过构思设计出与环境相协调的跨线桥形式。伦)桥梁本身各部分构造的形象宜简洁纤细,流畅明快,使高速运动着的人们在瞬间的最初一刻得到”明确”的印象,如果构造形式复杂繁琐,在快速运动的人们视觉感受上,将是一团模糊,一团迷雾,令人眼花缭乱、难以分辨

(3)跨线桥的设计应注意尺度感,尺度感是跨线桥美感的具体体现,不仅要求其结构本身轻巧,大小、高低、长短、宽窄、厚薄、粗细及斜度等体现形体在量上的尺度应适宜,同时要求这些尺度间的比例关系以及桥梁整体与周边环境之间的比例关系应恰当。

(4)桥面应合理设置竖曲线。跨线桥的竖曲线线型是顶部轮廓线,开阔地区跨线桥配合桥头引道纵坡设计成凸曲线,除有利于行车外,又使桥梁顶部呈现曲线美、连续美,且有利于桥面排水,因此应充分重视和优化竖曲线的设计。

(5)跨线桥应适当进行装修。如不进行装修,则跨线桥全身灰蒙,并布满污迹,影响高速公路的形象。跨线桥的的装饰应以水刷石、贴面、喷涂、普通室外涂料为主。桥跨结构和桥墩可涂成同一种颜色,以强调结构的一致性;亦可用对比的色彩把桥跨结构和桥墩区别开来。通常深色的桥墩配以浅色的桥跨结构可以强调出桥墩的轻巧和纤细。

2.2跨线桥的美学设计要点

(l)上部构造设计要点

跨线桥的侧视景观注意梁高的变化要连续,不应有折线和突变点(如图1);上部结构的底面线尽可能做到线条圆顺优美,不宜形成折点或突变(如图2)。

仰视景观的效果是跨线桥美学的特点。一般应使上部构造底面有良好的整体性,简洁明快的线条和优美圆滑的曲线过渡面,不宜采用分散、零乱或产生突弯的折面,如图3,采用整体箱梁比T梁或肋梁好,如图4,悬折线不如曲线好。

跨线桥各构件的尺寸比例应协调一致,设计上要尽可能的减薄主梁的高度,应采用建筑高度较小的板式或箱式桥跨结构。从视觉上减薄上部结构的建筑高度,一是增加翼板悬臂部分的长度和箱形横截面,空心板增加悬臂翼板;二是安全带或人行道尽量外挑。通过以上措施使桥下通行者从心理上消除那种由于桥身厚实而引起沉重负荷的压抑感。

(2)下部构造设计要点

要注意结构力量的表现。下部构造是支承上部的承重构造物,其构造形式,对力的表达要清楚,力的传递方向要明确,要体现结构力的特征。

跨线桥的墩、台位和形状要尽量多透空,桥墩应尽可能做得轻巧,保证行车有较好的通视条件,并与上部构造相配,桥墩多用柱式墩、Y形墩、刚架墩和无盖梁的梯形墩等。桥台多用无台前溜坡的U型台,组合式桥台、墙式台、锚杆式台等。尽量减小桥台的体积,消弱桥台的存在感,给人一种梁是直接搁在锥坡上的感觉。

3跨线桥桥型设计

(l)梁桥体系

梁桥体系包括简支板(梁)桥和连续板(梁)桥型。简支板(梁)桥为静定结构,相邻各孔单独受力。其主要特点是构造简单、施工方便,高度较小,为减轻自重,一般用空心板,可以有整体式结构,也可以有装配式结构,当为整体式结构时,芯模可用纸简等一次性模板,无论是整体式板或装配式板,宜做成带翼且桥面连续,板厚与跨径之比一般为1/巧一l/25。

连续板(梁)桥不但具有良好的行车条件,同时利用支座上的卸载弯矩来减少跨中弯矩,使桥跨内力分配更趋合理,板(梁)的高度更低,连续板(梁)桥既可采用钢筋混凝土,也可采用预应力混凝土。整体连续板可作成等截面或作成变截面,其支点截面厚度约为跨中截面厚度的l/20一1乃5。装配式板的构造与整体式板相似,只是根据起吊能力在横向将板划分为板条,在纵向也分成若干段,预制时预留接头钢筋,安装就位后联接接头钢筋。连续梁横截面形式最好做成箱形截面。等截面连续梁的梁高约为跨径的1/16一l/26。梁桥体系的选择适合在开阔地带,特别当中央分隔带可立桥墩时选择该体系桥梁为佳。

(2)刚架体系

由于桥跨结构和墩台刚性连接,将在主梁端部产生负夸矩,并传递给墩台,因而跨中截面高度比简支板(梁)、连续梁更小,因此外形尺寸小、纤细、桥下净空大,视野开阔,很适宜于跨线桥。适合于跨线桥的刚架体系有带悬臂的门式直腿刚架(多用于开阔地区的人行桥)、斜腿刚架(多用于挖方路段),连续刚架等。主梁截面可作成板或箱梁等。主梁在纵向可做成等截面、等高变宽和变高度3种。变高度主梁的底缘形状设计成曲线型、曲线型加直线型等。带悬臂的门式刚架桥,跨中厚度与跨径之比一般可取1左0一1乃5,支点厚度为跨中的1一2倍,悬臂长为中孔跨径的0.2~0.5倍;斜腿刚架桥的边跨通常为中跨的0.5倍左右。三跨或多跨连续刚架桥,边孔一般为中孔的0.5一0.7倍左右,跨中梁高为跨径的1/30一1/40;采用变截面时,支点梁商为跨中的1.2一2.5倍。

采用刚架体系桥梁,可取消中间墩,改善司乘条件,在挖方地带,斜腿刚架可为首选桥型,斜腿对桥面形成简洁而具有力感的支撑,斜腿对边坡、路面、桥面之间的净空形成通视良好而变化有序的分割,是该桥型的魅力所在(如图5)。

(3)拱桥体系

拱桥不仅构造简单,外型美观,而且能充分利用污工材料的抗压性能,提高跨越能力。目前高速公路建设中较常采用有刚架拱、中下承式钢筋混凝土拱、梁拱组合等轻型拱结构形式。刚架拱的矢跨比一般为1/6一l/l0,主梁一般为变截面构件,其下缘弧线可采用矢跨比为1/l6一1/20左右的二次抛物线或其他曲线,主腿可采用直杆或微曲杆。为改善拱片受力和美观,主拱腿与主梁也可采用同一根曲线。中、下承式拱桥的主要承重构件是两个分离的拱肋,其拱轴线型一般采用悬链线或二次抛物线。拱肋的横截面沿拱轴的变化规律可以为等截面或变截面。在中、下承式拱桥中,一般借加大拱肋矢高,减少水平推力,常采用矢跨一般在1/4~1刀范围。从美观和构造要求,吊杆间距一般在4一10m范围,吊杆等距离布置为好。拱桥以其优美的曲线造型,一直备受人们的推崇与关注,当地质条件好,地形条件适合,应首先考虑选择拱桥体系的桥型。因为拱桥与环境的协调上,拱桥的风格、功能与外形尺寸较之其他桥型优越,拱桥的曲线外部形态和强烈的韵律感更符合人们的美感要求。

4结束语

在进行跨线桥设计时,在符合经济实用的原则下,应该把对结构的美化设计放在突出位置;在考虑结构自身强度的同时,应注重桥梁造型艺术。

结构造型与各部位尺寸比例应相互协调,梁体结构要舒展流畅,讲究其线型,下部构造要简洁轻巧,通透性好。

高速公路中的跨线桥除注重本身桥型选择与美学设计外,在一定的范围内这些跨线桥与路线之间已构成了一个有机的集合体,因此在设计中还应考虑各桥跨之间相互关系包括形状、位置、桥型布置等,使之成为一个有机的整体统一。