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桥梁设计

桥梁设计的结构效率

新闻时间:2017-03-29 文章来源: 文章作者:公路设计

    结构效率常常反映在力的传递、力的平衡和材料的高效使用之中,而所有这些,需要通过恰当的造型表达相应的视觉感受。最短力径传递简洁的印象,力的平衡表达可靠与稳重,高效用材体现精炼与合理。在自然界的结构中,效率与美观已带给我们很多关联性的启示。从古至今,以美观著称的桥梁都毫无例外地体现了这些原则。
 
    在视觉上,表达结构效率的两个重要因素是通透度和纤细度。
 
通透度受墩柱的数量与宽度影响,采用较宽桥墩的下部结构,从某些视角来看缺乏通透度,就像是一堵堵墙。减少柱子的宽度对于增加通透度效果最明显,即使对于由很多小跨度组成的长桥,只要柱子较窄,也能拥有足够的通透度。
 
    采用独柱墩可以增大通透度,圆柱效率最高,但视觉稳定性稍差;矩形柱在通透度和视觉稳定性方面可以兼顾。在桥梁上部结构宽度B<12m的情况下,不管桥梁有多高,总能使用独柱墩。墩柱宽度6的选择应该使得B/b在3:1 -3. 5:1之间。如果桥梁足够高,并且上部结构由单个横截面组成,对于这些桥梁,其B/b可以在3.5:1 -4:1之间。
 
    双柱墩一般用于低而宽(B> 12m)的桥梁,柱子可以是细长的实心截面,如圆形或扁六边形。当一排框架墩的立柱数量超过3个时,不仅影响通透度,还会给侧方位视角增添凌乱的感觉,因此多立柱的框架墩宜慎用。
 
    高而厚的墩帽也会使桥下通透度大打折扣,因此一般要避免使用。
 
    梁式桥上部结构的跨高比(跨长与梁高之比),不仅是技术指标,也是经济指标,是表达桥梁工程相对经济性的估算判据。当跨高比在16 - 22之间时,上部结构较经济。虽然跨高比可以达到30,但一般成本较高。当跨高比转换为视觉纤细度时就成了美学指标。视觉纤细度是指上部结构尺寸的视觉效果,与视点有关,可以是梁高,也可以是梁宽。所以,跨高比并不是视觉纤细度的可靠度量,如果上部结构在中间桥墩处的视觉连续性不中断,跨径对视觉纤细度就显得不那么重要。
 
    视觉高度对低矮的桥梁非常重要。而对于长大桥梁,有时尽管梁高较大,从远处看总是显得很纤巧。从远处观看苏通长江大桥的效果如图2-8所示,在宽广的江面上,感觉不到斜拉桥主梁达4m之高。
 
    箱形截面梁可以通过桥面板的悬臂,来显著减少视觉高度,悬臂部分的阴影投射到腹板上,其平行的明、暗光带对比,可以突显桥梁上部结构的纵向尺度。
 
    改变梁高也是有效的,例如,变高度的三跨连续梁,可以增强桥梁的视觉纤细度。
 
    梁高与上部结构高度之间的相互影响应当予以考虑,如果桥下净空与梁高之比达不到3,起码的通透度和纤细度是不可能达到的。
 
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