橋梁設(shè)計
橋梁設(shè)計的結(jié)構(gòu)效率
結(jié)構(gòu)效率常常反映在力的傳遞、力的平衡和材料的高效使用之中,而所有這些,需要通過恰當(dāng)?shù)脑煨捅磉_(dá)相應(yīng)的視覺感受。最短力徑傳遞簡潔的印象,力的平衡表達(dá)可靠與穩(wěn)重,高效用材體現(xiàn)精煉與合理。在自然界的結(jié)構(gòu)中,效率與美觀已帶給我們很多關(guān)聯(lián)性的啟示。從古至今,以美觀著稱的橋梁都毫無例外地體現(xiàn)了這些原則。
在視覺上,表達(dá)結(jié)構(gòu)效率的兩個重要因素是通透度和纖細(xì)度。
通透度受墩柱的數(shù)量與寬度影響,采用較寬橋墩的下部結(jié)構(gòu),從某些視角來看缺乏通透度,就像是一堵堵墻。減少柱子的寬度對于增加通透度效果最明顯,即使對于由很多小跨度組成的長橋,只要柱子較窄,也能擁有足夠的通透度。
采用獨(dú)柱墩可以增大通透度,圓柱效率最高,但視覺穩(wěn)定性稍差;矩形柱在通透度和視覺穩(wěn)定性方面可以兼顧。在橋梁上部結(jié)構(gòu)寬度B<12m的情況下,不管橋梁有多高,總能使用獨(dú)柱墩。墩柱寬度6的選擇應(yīng)該使得B/b在3:1 -3. 5:1之間。如果橋梁足夠高,并且上部結(jié)構(gòu)由單個橫截面組成,對于這些橋梁,其B/b可以在3.5:1 -4:1之間。
雙柱墩一般用于低而寬(B> 12m)的橋梁,柱子可以是細(xì)長的實(shí)心截面,如圓形或扁六邊形。當(dāng)一排框架墩的立柱數(shù)量超過3個時,不僅影響通透度,還會給側(cè)方位視角增添凌亂的感覺,因此多立柱的框架墩宜慎用。
高而厚的墩帽也會使橋下通透度大打折扣,因此一般要避免使用。
梁式橋上部結(jié)構(gòu)的跨高比(跨長與梁高之比),不僅是技術(shù)指標(biāo),也是經(jīng)濟(jì)指標(biāo),是表達(dá)橋梁工程相對經(jīng)濟(jì)性的估算判據(jù)。當(dāng)跨高比在16 - 22之間時,上部結(jié)構(gòu)較經(jīng)濟(jì)。雖然跨高比可以達(dá)到30,但一般成本較高。當(dāng)跨高比轉(zhuǎn)換為視覺纖細(xì)度時就成了美學(xué)指標(biāo)。視覺纖細(xì)度是指上部結(jié)構(gòu)尺寸的視覺效果,與視點(diǎn)有關(guān),可以是梁高,也可以是梁寬。所以,跨高比并不是視覺纖細(xì)度的可靠度量,如果上部結(jié)構(gòu)在中間橋墩處的視覺連續(xù)性不中斷,跨徑對視覺纖細(xì)度就顯得不那么重要。
視覺高度對低矮的橋梁非常重要。而對于長大橋梁,有時盡管梁高較大,從遠(yuǎn)處看總是顯得很纖巧。從遠(yuǎn)處觀看蘇通長江大橋的效果如圖2-8所示,在寬廣的江面上,感覺不到斜拉橋主梁達(dá)4m之高。
箱形截面梁可以通過橋面板的懸臂,來顯著減少視覺高度,懸臂部分的陰影投射到腹板上,其平行的明、暗光帶對比,可以突顯橋梁上部結(jié)構(gòu)的縱向尺度。
改變梁高也是有效的,例如,變高度的三跨連續(xù)梁,可以增強(qiáng)橋梁的視覺纖細(xì)度。
梁高與上部結(jié)構(gòu)高度之間的相互影響應(yīng)當(dāng)予以考慮,如果橋下凈空與梁高之比達(dá)不到3,起碼的通透度和纖細(xì)度是不可能達(dá)到的。
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