（设计艺术学专业论文）桥梁造型语言的研究——郑州黄河公铁两用大桥造型设计.pdf

湖北工业大学硕士学位论文 摘要 古往今来，桥，是跨越障碍的通道，彼此到达的媒介。桥作为便利交通、城 市结构物，一种有形的历史传承，有着不可小视的意义。 当人们对其功能目的得到满足时，对其美学的要求也越来越高。近年来随着 我国桥梁建设的迅猛发展，对于桥梁设计中造型语言的探索也越来越关注。桥梁 造型语言是通过工学与美学、抽象与形象的结合来实现的。一座成功的桥梁，其 造型语言应该是对桥梁的线形、平面布局、结构在满足功能、安全、经济的前提 下，进行自然景观、城市规划、历史文化背景及美学要求等方面的综合设计。最 终以最大限度地实现桥梁力学上的合理性、功能上的优越性及与周边环境的协调 性，同时反映出不同文化、不同时代、不同地域、以及建造技术的独特性，力图 达到桥梁功能、安全、经济、美学的协调与统一。 本文以直接参与郑州黄河公铁两用大桥造型设计方案的投标全过程为线，从 桥梁的起源、现状及发展趋势入手，结合郑黄桥的设计特征，就桥梁造型语言进 行了深入地分析和归纳，对桥梁造型语言的运用范畴给出了概念性的界定，分别 从线型、材料、梁、塔、墩、桥梁附属设施、色彩涂装和照明这八方面，并系统 地阐述出桥梁造型语言对于桥梁设计的重要性。 另外，本文将世界范围内部分著名桥梁，以造型特色为主线，粗略地分为建 造材料、使用功能、结构形式和造型特色四大类型。且逐类进行分析归纳、吸取 其精华，依据郑黄桥的项目设计规范及要求，提出造型设计的投标方案。 最后，通过对郑黄桥造型设计投标项目全程参与，就我国当今桥梁造型语言 设计有了一定深度地探索与研究，找出目前设计方法与程序上存在的不足和误区， 总结出：提倡桥梁造型语言“绿色化”；调整桥梁设计流程，避免“表面化”地桥 梁造型语言；体现桥梁造型语言的地域性三大观点。 关键词：造型语言，桥梁造型，造型设计，桥梁设计，桥梁景观 湖北工业大学硕士学位论文 a b s t r a c t b r i d g e ，a sm em e d i u mt oa r r i v et h es h o r ea b e a d ，i st h ec h a n n e lt oc r o s so v e rt h e o b s t a c l e a l s of o rt h et r a n s p o r t a t i o nc o n v e n i e n c e t h ec i t ys t r u c t u r ea n dc o p o r e a l i n h e r i t a n c eo fh i s t o r i c a l c u l t u r e ，b r i d g ec o n t a i n st h es i g n i f i c a n c et h a t c a n n o tb e n e g l e c t e d w h e nt h ep e o p l es a t i s f yb r i d g e sf u n c t i o n s ，t h e yh a v et h em o r ea n dm o r e r e q u i r e m e n t si ne s t h e t i c s i nr e c e n ty e a r s ，a l o n gw i t ht h ef a s td e v e l o p m e n to fb r i d g e c o n s t r u c t i o ni no u rc o u n t r y , m o r ea n dm o r ea t t e n t i o ni s p a i dt ot h es h a p el a n g u a g e e x p l o r a t i o nr e g a r d i n gt h eb r i d g ed e s i g n t h eb r i d g es h a p el a n g u a g es h o u l db ef u l f i l l e d b yt h ec o m b i n a t i o no fe n g i n e e r i n ga n de s t h e t i c s ，a b s t r a c ta n dv i s i b l ei m a g e t oa s u c c e s s f u lb r i d g e ，t h es h a p el a n g u a g es h o u l db eas y n t h e s i sd e s i g no fl i n es h a p e ，p l a n a r c o n f i g u r a t i o na n ds t r u c t u r e ，c o n s i d e r i n gn a t u r a ll a n d s c a p e ，u r b a np l a n n i n g ，h i s t o r y c u l t u r a l b a c k g r o u n da n de s t h e t i c sr e q u i r e m e n t , u n d e rt h ef u n c t i o n a l ，s a f e ，a n d e c o n o m i c a ls a t i s f a c t i o n t h ef i n a l p u r p o s eo ft h es h a p el a n g u a g ei s t om a x i m i z e b r i d g e sm e c h a n i c a lr a t i o n a l i t y , f u n c t i o n a la d v a n t a g e ，a n dp e r i p h e r a le n v i r o n m e n t c o o r d i n a t i o n ，t or e f l e c td i f f e r e n tc u l t u r e ，d i f f e r e n tt i m e ，d i f f e r e n tr e g i o na n dt h eu n i q u e o fc o n s t r u c t i o nt e c h n o l o g y , a n dt os t r i v et oa c h i e v eb r i d g e sf u n c t i o n a l ，s a f e ，e c o n o m i c a l a n de s t h e t i c a lc o o r d i n a t i o na n du n i f i c a t i o n s t a r t i n gf r o mt h eb r i d g eo r i g i n ，t h ep r e s e n ts i t u a t i o na n dt h ed e v e l o p m e n tt r e n da n d i n t e g r a t i n gz y bd e s i g nc h a r a c t e r i s t i c s ，t h ep a p e ra n a l y z e da n dc o n c l u d e dt h eb r i d g e s h a p el a n g u a g et h r o u 【g hd i r e c t l yp a r t i c i p a t e dt h ew h o l ep r o c e s so fd r a f t i n gd e s i g n p r o p o s a la n db i d d i n go fz y b ( z h e n g z h o uy e l l o wr i v e rr o a d - r a i l w a yb r i d g e ) n e p a p e ra l s od e f i n e dt h ec o n c e p t so fa p p l i c a t i o nc a t e g o r yo fb r i d g es h a p el a n g u a g ea n d e x p a t i a t e do nt h ei m p o r t a n c eo ft h eb r i d g es h a p el a n g u a g et ob r i d g ed e s i g ni ns u c h8 a s p e c t s ：l i n es h a p e ，m a t e r i a l ，g i r d e r , t o w e r , p i l l a r , a c c e s s o r yf a c i l i t yo fb r i d g e ，c o l o ro f p a i n ta n di l l u m i n a t i o n i na d d i t i o n ，t h ep a p e rr o u g h l ya s s o r t e dp a r t i a lf a m o u sb r i d g e si nt h ew o r l di n t o4 c h a r a c t e r i s t i ct y p e s ：c o n s t r u c t i o nm a r t i a l ，a p p l i c a t i o nf u n c t i o n ，s t r u c t u r em o d a la n d s h a p ef e a t u r e a c c o r d i n gt ot h ed e s i g nc r i t e r i o n sa n dr e q u i r e m e n t so fz y bi t e m ，t h e p a p e ra n a l y z e da n dc o n c l u d e dt h e s e4c h a r a c t e r i s t i ct y p e s ，a b s o r b e dt h e i re s s e n c ea n d p r o p o s e sb i dp r o j e c to fs h a p ed e s i g n f i n a l l y , t h r o u g ht h ee n t i r ep a r t i c i p a t i o no fz y bs h a p ed e s i g na n db i d ，t h ep a p e rg o t a no p p o r t u n i t yt oh a dac o m p a r a t i v e l yt h o r o u g hr e s e a r c ha n dd i s c o v e r yt ot h eb r i d g e s h a p el a n g u a g ed e s i g no fc h i n at o d a y , a n df o u n dt h ei n s u f f i c i e n c ya n de r r o n e o u sz o u e a tp r e s e n td e s i g nm e t h o da n dp r o c e d u r e a l s ot h ep a p e rs u m m a r i z e d3p o i n t so fv i e w ： a d v o c a t i n gg e t t i n g g r e e n i nb r i d g es h a p el a n g u a g e ；a d j u s t i n gt h eb r i d g ed e s i g n p r o c e d u r e t o a v o i d s u p e r f i c i a l b r i d g ed e s i g nl a n g u a g e a n d d i s p l a y i n g l o c a l c h a r a c t e r i s t i c si nb r i d g es h a p e l a n g u a g e 1 i 湖北工业大学硕士学位论文 k e y w o r d s ：s h a p el a n g u a g e ，b r i d g es h a p e ，s h a p ed e s i g n ，b r i d g cd e s i g n ，b r i d g e s c a p e m 诹l l 主工誊火洛 学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，独立进行研究工作所取 得的研究成果。除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经 发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方 式标明。本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：磋啤 日期：。一7 年，月日 学位论文版权使用授权书 腮篡= 荔? 撇编= 嚣簖 学位论文作者签名：崔矗唾指导教师签名：型i 湖北工业大学硕士学位论文 第1 章绪论 “水从碧玉环中出，人在苍龙背上行”； “市桥岸下泛湖舟，雕槛疏帘半上钩”； “一桥飞架南北，天堑变通途”； “塔盘湖势动，桥引月痕生” 古往今来，有许多美妙的诗篇在歌颂着桥，桥梁一直是诗人和画家激情的源 泉。世界各地的桥，或者婀娜多姿、或者坚如磐石、或者威武壮观、或者秀丽流 畅，正当人们的注意力都放在如何提高建桥技术、采用更多更新的建桥材料 的时候，桥梁本身的造型语言早已无声地把人们的潜意识思维领入了一个更深的 意境。桥梁造型是一个民族体现物质与精神文明相互交织的复合体，一个在同一 时空内将不同时代的文化与最新科学技术相互融合的壮举。 1 1 桥梁的起源与发展 桥的历史如同人类历史一样久远。 现有文献资料并无原始社会桥梁名录 记载，但根据原始社会道路史料和原始社会 房屋建筑中出现的建筑材料、梁式结构和拱 式结构形式推定，早在公元前5 0 0 0 年至公 元前4 0 0 0 年间，原始人类就己开始了桥梁 建设。 远古人猿尚不能用手建造桥的时候，为图1 1 天然独木桥 了达到跨越、运输、迁徙、狩猎等目的，利 用天然倒塌的树木( 见图1 1 ) 、河水冲刷，和地壳运动而来的石块或天生桥( 见 图1 2 ) 、林中垂坠的藤条等，使其成为了最原始的木桥、石桥、藤桥等。等到人 类能够聚族而居时，建造桥梁也有了进一步的发展。如：陕西西安半坡村新石器 时代遗址，离现在已有六千多年，经过开挖，发现在居住区的周围围绕有深、宽 约五至六米的大围沟。这样宽大的围沟，推想其作用可能是为了防止野兽或异族 的侵袭。由于当时居民们已能用木柱、草泥等改造成圆形的房屋，则出入跨越这 一围沟时不能没有搭架的桥梁，甚至也许是可撤式的木桥( 图1 3 ) 。这就是原 湖北工业大学硕士学位论文 始社会出现的最原始的桥。人类对于桥梁的认识过程与创造灵感来源于自然造物 的鬼斧神工。 图1 2 天生桥图i 3 原始人类搭建的可撤式木桥 随着人类文明的进步，远古的人类进一步从自然倒塌并横架于溪流两岸的树 干，和经地壳变化和侵蚀而成的石拱或石梁中受到启发，悟出了“木质梁桥”和 “石质梁桥”的建造方式，开创了伐木造桥和搬石造桥的时代；从悬垂于林中树 木之间的藤蔓中，萌发建造了“悬索桥”的想法，开始了“捻藤为索”、“渡索寻 桩”的悬索桥时代；从受地壳运动或风化侵蚀而形成石拱、石洞的岩石中得到启 示，产生了“石拱桥”的概念，开创了“垒石为拱”、“焙土为拱”的拱桥时代。 由此开始了原始桥梁的时代。这是桥梁发展史上的第一次飞跃，从依赖“天生桥” 到使用藤、蔓、竹、土、石料等粗加工天然材料造桥的时期，即天然材料时期。 据史记殷本纪和水经注记载，早在殷代，即公元前l l 世纪，中国 河北省曲周县东北部已经出现了跨越漳河的大型木桥。这是现今查到的最早的桥 梁史料，也是最早的古代桥梁。据此，我们可把古代桥梁的起点定在公元前11 世 纪。这一时期的桥，主要特点是以人工加工天然材料为主要建桥材料；以小跨径 木桥、石桥为主要桥型结构。这是桥梁发展史上的第二次飞跃，加工天然材料建 桥的真正意义上的人工造桥时期“1 。 近代桥梁时期大致可定为到公元1 7 世纪至1 8 世纪，欧洲进入了资本主义社 会，并逐步完成了工业革命，科学技术和生产力有了显著的发展，也相应地大大 推动了桥梁的发展。由于蒸汽机车，和供蒸汽机车行驰的铁路的问世，便相继出 现了公路桥和铁路桥，并成为近代桥梁的主要标志之一。近代桥梁的结构形式仍 以石拱桥、砖拱桥、木桥为主，但随着炼铁技术的发展，近代桥梁中大量采用了 铁桥，所以，近代桥梁时期又被称为桥梁发展史上第三次飞跃铁桥时期。 现代桥梁时期的桥，开始逐步向长度、跨度和多种材料等方面延伸。1 9 世纪 末至今，现代新材料、新工艺的出现和发展为现代桥梁的诞生和发展奠定了物质 基础；军事、政治的需要和经济的发展，特别是高速公路、高速铁路的出现成为 2 湖北工业大学硕士学位论文 现代桥梁发展的推动力设计理论的完善、试验技术和计算机应用技术的发展为现 代桥梁提供了技术保障。成功完成了桥梁发展史上第四次飞跃，被称之为：钢、 混凝土桥梁时期。 时代进步的今天，人类不但对各种物质、材料在性能上有着透彻地了解及运 用，在造型语言上也经过上千百年历史演变和文化沉淀，也有了不同风格的变化， 人们不但能利用现代新材料、新工艺建造出完全满足于使用功能的牢固的桥，而 且能使不同地域的桥型，具有不同文化特色，有着千姿百态、丰富多彩的变化。 未来桥梁仍将沿着现有成熟的桥型和桥梁体系发展。材料科学的发展始终是桥梁 技术进步的先行者和“催生剂”，桥梁造型语言的探索将永远是桥梁整体审美的酝 酿者和“增亮剂”。 1 2 桥梁的造型类型 历史上曾经利用竹、藤、石等天然材料来建造桥梁，而当代桥梁所用材料主 要有两类，一是钢材；另一种是混凝土。随着材料技术的进步，新型复合材料也 将渐渐使用于桥梁的建造中。 1 2 1 以建造材料分类 木桥( 包括竹、藤质地的桥) ，主要是指是用木材建造的桥梁，是桥梁家族中 最早诞生的一种桥。最早、最原始的独木桥( 见图1 i1 ) ，就是因雨水冲刷等天然 因素倒塌的树干。木材料作为传统结构用材，主要是作为抗压和受剪材料使用， 既可以充分发挥材料的力学性能，同时也起到了丰富和美化桥梁空间的作用。木 材的缺陷主要表现为：变色、腐朽、虫害、裂纹、伤疤等，而且木材的防火性能 比较差。 1 2 1 ，1 木桥 木桥( 包括竹、藤质地的桥) ，主要是指是用木材建造的桥梁，是桥梁家族中 最早诞生的一种桥。最早、最原始的独木桥，就是因雨水冲刷等天然因素倒塌的 树干。木材料作为传统结构用材，主要是作为抗压和受剪材料使用，既可以充分 发挥材料的力学性能，同时也起到了丰富和美化桥梁空闻的作用。木材的缺陷主 要表现为：变色、腐朽、虫害、裂纹、伤疤等，而且木材的防火性能比较差。 1 2 1 2 石桥 3 湖北工业大学硕士学位论文 这里所说的石桥是指，除了天生桥以外，人类动手用天然石料为主要搭建材 料的桥梁。石桥有着悠久的历史，现在在石史料丰富的地区，仍在继续修建，但 已向轻型方向发展。主要结构形式为石梁桥和石拱桥。由于石梁抗弯能力较差， 现己只能在人行桥或涵洞等小跨度石料桥型中使用。 1 2 1 3 金属桥 人类在掌握冶炼铜、铁等金属之后，摆脱了受自然材料的束缚，进入了从自 然界提取更有用的新材料时代。石器时代之后紧接着青铜器时代，青铜没有用于 造桥，之后为铁器时代，由于铁矿比较丰富，冶炼也比较容易，铁的应用促进了 生产，开始尝试用于造桥了。我国在建桥上使用铁较早，据记载汉代( 公元6 5 年) ， 云南开始用铁链作吊桥；建于( 公元7 2 4 年) 唐蒲津黄河浮桥和建于清康熙4 4 年 ( 1 7 0 5 年) ，具有特殊历史意义的四川泸定桥用铁链作系缆。西南地区很早就有了 铁链吊桥，都是以铁作为造桥的主要材料。铁也用作石桥和木桥的辅助材料。欧 洲于二千多年前巴比伦的优富兰兹河桥，也是长铁条用铅固定于石块孔眼中的石 墩木梁桥。“1 1 2 1 4 钢筋混凝土桥 混泥土中配置钢筋，组合成钢筋混泥土材料来砌筑建筑物，是1 8 6 1 年左右开 始的。首先建造的是水坝、管道、和楼板等。 随着人们对钢筋混凝土力学性质的不断研究和广泛的试验，到1 9 世纪末、2 0 世纪初，终于造出较为符合力学原理、配筋相对合理的桥梁结构。于是，钢筋混 凝土才开始作为合格的材料被普遍用于桥梁建筑。由于钢筋混凝土造价远低于钢 桥，使用寿命也相对长，因此，目前大多数类型的桥梁，建造中无不采用钢筋混 凝土，或是钢筋混凝土的梁式桥，或是刚桁加钢筋混凝土桥墩的混合搭配，或是 以钢筋混凝土为主的其他桥型。 1 2 2 以使用功能分类 1 2 2 1 步行桥 步行桥又称人行立交桥。一般建造在车流量大、行人稠密的城市地段，或者 交叉口、广场及铁路上等，跨度要求不大的地区。步行天桥只允许行人或自行车 通过，用于避免车流和人流平面相交时的冲突，保障人们安全的穿越，可提高车 速，减少梳理交通秩序、交通事故。由于在跨度和材料等方面的要求没有大型桥 梁那般受局限，因此桥梁设计师在步行桥的造型上，可充分发挥想像力，创作出 更多千姿百态的桥型。 4 湖北工业大学硕士学位论文 1 2 2 2 公路桥 在我国范围内，除步行桥外公路桥的数量是最多的。随着我国公路建设事业 迅猛发展，公路桥梁建设也得到了相应发展。其结构形式极其丰富，在梁式结构 为的基础上，混合斜拉、悬索或拱肋结构。目前，跨越大江( 河) 、海峡( 湾) 的 大型公路桥梁建设也相继修建，为公路运输提供了安全、舒适的服务。公路桥可 允许有百分之四的坡度，于是最简单的梁式桥也能呈抛物线形越过河谷。就武汉 地区来说，如汉水一桥、汉水二桥、晴川桥、长江二桥、长江三桥等都是公路桥。 1 2 2 3 铁路桥 随着我国基础建设的大规模展开，全国铁路运营网的不断扩展，铁路桥的数 量在不断增多。由于铁路桥的跨度受荷载和活载条件的影响，比公路桥的跨度要 小很多。因为铁路要求不大于千分之六或更少的坡度，铁路桥梁即使本身是拱或 吊桥，透视之下，总有一根向远透射的直线。世纪之交，在我国铁路桥梁人员的共 同努力下，桥梁的跨越能力、允许通过速度、新材料、耐久性等方面取得了重大的 成就和长足的发展，目前可建成双线、四线、六线及不同运营等级的铁路桥。随 着多条客运专线及万宜、福厦等铁路以及多座跨长江的桥梁的建设，这些桥梁建成 后将会对世界桥梁建设产生影响。正在建设中的南京大胜关长江大桥将是荷载量 世界最大的铁路桥。 1 2 2 4 公铁两用桥 公铁两用桥，顾名思义就是既有供机动车或非机动车通行的公路，又有供火 车或轻轨通行的铁路的两用桥梁。我国长江上的一座大桥一武汉长江大桥和本 课题研究的郑黄桥，就属于此类桥型。公铁两用桥是运营成本最低、受力最复杂、 结构设计难度最高的桥型。在实用功能和结构形式相结合的情况下，一般为公路 在上，铁路在下。 桥面公路可以是平铉梁式结构、斜拉结构或悬索结构；铁路部分多以钢桁梁 结构或少量的钢筋混凝土结构建造。另外，也有少数公铁两用桥将双向的公路同 铁路放在同一水平面上，分别设置在铁路两侧。 1 2 2 5 城市轻轨、高架桥与立交桥 城市轻轨作为为轻轨车辆通行而设的专用通道，在地面上行驶是被称为城市 轻轨，在地下运行时被成为地铁。它通常是现代城市交通中最经济、省时、便捷 的交通方式，非常受到都市人群的欢迎。城市轻轨由于人流量大而具备的特殊空 5 湖北工业大学硕士学位论文 问，为带动其他经济形式的发展也起到一定的推动作用。因此，设计是否促进城 市人文环境的协调发展，也已引起社会广泛关注。 高架桥是为改善现代车辆交通而假设的桥梁空间通道设施。与人行桥相比， 它能同时容纳更多层的交通干线，分别供汽车、火车、行人等穿行和安设通道。 它跨越的区域非常的广阔，在城市中常以“过境旱桥”的形式出现，通过城市广 场、道路、建筑等，并与城郊的高速公路、跨江、跨湖、跨海等大桥相连。高架 桥作为现代有效的立体交通体系，受到许多国家的重视，并得到大力发展。 在现代城市中，立交桥是不同方向和性质的高速车道彼此交会的枢纽。它确 保各方向来的车辆相互不干扰，并保持原有车速，对交通疏导和交通安全起着重 要的作用。与此同时，还能有效地减少汽车噪音和大气污染。立交桥的造型主要 依其功能和空间造型而定，分别为：部分互通、完全互通和方向立交。立交桥在 城市交通环境中起着强有力的引导和城市地表作用，其功用和空间造型又必须与 城市环境有密切关系。一味追求功能或一味追求造型，都将会对交通环境造成影 响，因而需要综合考虑其造型的各个因素”。 1 2 2 6 其他 1 2 2 6 1 临时栈桥 临时栈桥( 除了旅游区、码头的栈桥外) ，一般是指在大型地桥梁、建筑等的 建设过程中，为方便施工而专门搭建的临时桥梁。一般采用相对建造难度低、工 期短、造价小的材料建设，并有易拆改装、防雨雪侵蚀、防电防震等特性，主要 作为施工交通要道，方便施工人员通过、运输施工设备和材料等。如：三峡三期 工程施工的重要标志性临时建筑，就是1 2 0 栈桥。临时栈桥的搭建以满足功能为 主，在造型语言中并无特殊要求。 1 2 2 6 2 管道桥 管道桥是专门为城市水管、油管、天然气管等而架设的，跨越工业区、农作 区或高速公路等的简易桥梁。通常是外型极为简单的梁式支撑结构，与在造型设 计上一般也不多作要求。 1 2 3 以结构形式分类 1 2 3 1 梁式桥 梁式桥是所有桥的结构形式中最古老、最简单、使用最多的桥型，常见地高 架桥、城市轻轨、立交桥般都属于梁式桥，城市、乡村、大江、大河、山区平 6 湖北工业大学硕士学位论文 原随处可见。用梁作为桥身主要承重结构的桥，而梁作为承重结构是以它的抗弯 能力来承受荷载的。梁式桥分为简支梁桥，悬臂梁桥，固端梁桥和连续梁桥等。 随着高强钢材的应用和预应力技术的成熟，解决了梁式体系弯曲拉应力问题后， 推动了现代梁式桥造型向多元化发展，跨越能力也不断增大。 1 2 3 2 拱桥 拱桥为桥梁的基本结构形式之一，建筑历史悠久、外形优美，古今中外名桥 遍布各地。在桥梁建筑中占有重要地位。它适用于大、中、小跨公路或铁路桥， 尤宜跨越峡谷，如神农架的燕天飞渡步行桥，又因其造型美观，也经常用于城市、 风景区的桥梁。以圆曲线、抛物线、等曲线形主拱圈( 或称拱肋、拱箱) 为主要 承载结构的桥梁统称为拱桥或拱式体系桥梁。 1 2 3 3 斜拉桥 斜拉桥也称斜张桥，是由索塔系统、斜拉系统、行车道系统组成的大跨度桥 梁。斜拉桥是第二次世界大战以后新发展起来的重要桥梁之一，其跨度能力仅次 于悬索桥，且在跨径小于8 0 0 米时，因其用钢量少、刚度大、造价低，会比悬索 桥更有竞争优势，理论极限跨径达3 7 0 0 米。可用于公路桥、铁路桥、城市桥、人 行桥以及管道桥等。 1 2 3 4 悬索桥 悬索桥又名吊桥，它以悬索为主要承重结构，与桥塔、吊杆、锚锭和桥面结 构组成缆索承重桥。悬索桥承受拉力，过去曾用竹索、铁索，现在主要使用高强 钢丝制成。悬索桥是目前跨越能力最大的桥梁。悬索桥通常做成单主跨并带有两 边跨的三跨悬索桥，也可做成具有一个以上主跨的多跨悬索桥。在立面上常为一 根接近抛物线形的缆索，与吊杆共同组成网状的山形立面，多跨悬索桥连续山形 立面给观赏者带来富有韵律的美感，在悬索桥网状立面的背后，城市则会透着一 种神秘而朦胧的气息，吸引人们去游览、探索。 美国是修建悬索桥最早和最多的国家，2 0 世纪3 0 年代就建成了跨径1 2 8 0 米 的金门大桥，后又建成了5 0 0 米以上悬索桥1 5 座，1 0 0 0 米以上的悬索桥4 座。英 国2 0 世纪6 0 年代相继建成跨径9 8 8 米和1 0 0 5 米的赛文桥和福斯湾桥，2 0 世纪 8 0 年代建成当时尚属世界第一的恒比尔河桥，跨径1 4 1 0 米“。 目前，悬索桥还有向更大跨度发展的趋势。 1 2 3 5 特殊桥梁 7 湖北工业大学硕士学位论文 开启桥是特殊桥梁中不可缺少的一类。世界上第一座开关活动式大石桥一 广济桥，位于广东潮洲东门外，是我国古代一座交通、商用综合性桥梁，有“一 里长桥一里市”之说。开启桥的开启方式分为：中间向两边开启、主跨上升开启 和悬臂向一侧旋转开启等。1 9 2 6 年建成的天津解放桥，位于市中心繁华区，桥全 长9 6 7 米，高5 5 米，宽1 9 5 米。分三孔，中孔4 9 9 4 米，为双叶立转式开启 跨，备有汽油发电机可自行发电启闭。上部结构由钢桁架及纵横梁组成。开启跨 桥面用木板铺成，固定跨则为混凝土桥面。解放桥属于“吊旋桥”，为天津独具 特色的“桥文化”增添了浓重的一笔。 1 2 4 以造型特色分类 桥梁不仅仅是一种跨越障碍的工具，还是连接各种文化的纽带，它将艺术与 科技融合在一起，是人文环境与结构技术完美地结合。 本文将世界范围内的部分著名桥梁，以造型特色为主线，按其最显著的特征 粗略分为以下四种类型： 1 2 4 1 技术型桥梁 任何一座设计成功的桥梁，其造型设计都是依赖于建桥技术之上的，只有首 先保障了桥的跨越功能，那么桥才能成其为桥，其他的附加功能和特色才能有实 现的平台；反而言之，桥梁的装饰化、艺术化和多功能化等特征才能让人们在使 用桥梁功能的同时被感受到，从而带来视觉上、精神上等多方位的享受和愉悦。 如法国米约桥( 见图1 4 、图1 5 ) 因坐落在法国西南的米约市而得名，为斜拉长 桥，是目前世界上最高的斜拉桥。 图1 4 法幽米约大桥图1 5 米约大桥近景 8 湖北工业大学硕士学位论文 桥墩只要每升高4 米，专家就利用全球卫星定位系统纠正可能出现的偏差， 这使大桥历时3 年建成后，建筑垂直误差不超过5 毫米，从而很好地保证了施工 的精确性。预计今后大桥的通车能力将达到日均1 5 万辆汽车，旅游高峰季节日 均可通过2 5 万辆汽车嘲。这样一座建造在山川之中，建桥技术如此精湛、造型设 计简约优美的大桥无疑是人类征服大自然的又一壮举。 1 2 4 2 传统审美型桥梁 此类桥的主要特征在造型手法、装饰细节上极具传统地域文化、民族风俗或 时代特色的桥梁。或古朴典雅、或堆砌豪华、或与周围景色相融合，浑然一体。 图1 6 武汉长江大桥图1 7 桥栏雕花 如我国长江上第一座大桥一武汉长江大桥( 见图1 6 、图1 7 ) ，该桥结束 了我国万里长江无桥的状况，从此“一桥飞架南北，天堑变通途”。直至今日武汉 长江大桥仍旧以其独特的造型、耐人寻味的细部、完整优美的桥姿成为武汉的一 大景观与城市标志。 1 2 4 3 现代审美型桥梁 此类抽象化的桥梁无论从结构造型、 一个共同显著的特征，就是抽象、简约、 装饰手法还是材料的搭配上来说，都有 典雅、现代感十足、艺术气息极其浓郁。 还在保有基本使用功能的情况下，尽可能改变通常的结构方式，给人以眼前一亮 的视觉享受。如西班牙塞维利亚市的阿拉米罗桥( 见图1 7 ) ，该桥属独立斜塔双 索面斜拉桥。 造型设计上大胆创新的阿拉米罗桥，为斜拉桥创造出了一种新的桥型。此造 型用倾斜桥塔的自重来省略了后牵索，相当于在桥塔与桥面之间建立起一种平衡 9 湖北工业大学硕士学位论文 图1 7 西班牙塞维利亚市阿拉米罗桥 的对话关系。这个概念可以追溯到1 9 8 6 年卡氏的一个雕塑作品“奔跑的躯干”， 它是由一串斜向叠落起来的大理石方块与钢悬索构成的平衡体。 1 2 4 4 功能型桥梁 所有桥梁的基本功能就是跨越障碍，实现彼此的到达。而功能型桥梁，不仅 满足了基本功能，还在其各自特殊的地域环境中打破局限，创造性的为桥梁增添 了新的功能或使用方式，使人突然感悟到，原来桥梁造型设计上的突破能给桥梁 带来这么大的变化，突然间拥有了如此大的亲和力，真不容小视。 图1 8 中国上海卢浦大桥图1 9 卢浦大桥局部 如被誉为是“世界第一钢桥”的上海卢浦大桥( 见图1 8 ) ，属于公路提篮拱 桥。位于上海世博会会址的中轴线上，主跨径为5 5 0 米，高度为1 0 0 米，主桥两 侧有4 条7 5 0 米长、2 2 5 米宽的观光人行道。这种极具人气的设计在国内尚属首 例。沿着3 6 7 级台阶( 见图1 9 ) 的人行道拾级而上，可登临3 6 6 平方米的观光平 台。据悉，这是继澳大利亚悉尼大桥后世界上第二座桥顶设观光平台的大桥。登 上观光平台，2 0 1 0 年上海世博会会址和黄漓江尽收眼底。 1 0 湖北工业大学硕士学位论文 1 3 题研究的现实意义与目的 桥梁是经常可以见到的城市结构物，视觉上的抢眼使很多桥梁在其相应地域 被视为城市标志物。那些在造型设计的艺术效果和被赋予的浓烈地域文化精髓已 超越了单纯结构技术的桥梁，更是成为独特地文化纪念碑，具有强烈的象征意义。 当一个国家的经济发展到一定的程度，就要靠文化来支撑，而文化的主体自然是 本民族的精髓。我国在经济持续高速发展的条件下，市场对桥梁造型设计及桥梁 环境品质也提出了更高的要求。目前，人们对桥梁的多功能化、造型语言、地域 特色及人文景观等方面越来越关注。各级政府也均将桥梁的设计、建设作为一种 反映地域特色、体现民族文化、展示时代风貌的精神文明建设的平台加以倡导与 推崇。这为桥梁造型设计提供了广阔的空间，同时也对桥梁造型设计提出了更新 更高的要求。 近年来，在全球范围内掀起的对非物质文化遗产的保护和可持续化发展的呼 吁和风潮，将督促各国、各民族的桥梁设计师们，在桥梁的造型设计过程中，会 更充分的去对其周边的文脉环境、环保等会影响到可持续化发展的因素进行剖析， 针对不同自然环境、文脉特色等，提出既保有人文特色又可实现同周边环境协调、 并持续化发展的“绿色的”建造方案来。 综上所述，挖掘带有地域文化、民族特色和时代气息的设计元素，并将它与 桥梁建造综合技术条件一并，生动、贴切地融入到桥梁造型语言中，设计体现地 域特征、民族风格、时代风尚，并能使其与周边环境相协调，实现可持续化发展 的桥梁，使其桥梁中国成长为桥梁强国，是当今桥梁造型设计师们应该肩负的责 任以及努力的方向。 1 4 国内外的研究现状、存在问题及发展趋势 1 。4 。1 在我国的发展现状与存在的问题 建国初期，我国沿习日本、俄罗斯、美国、德国、法国等国家在中国设计和 建设桥梁的经验，续建和修复了被战争破坏的桥梁，通过学习和仿照前苏联的模 式t 形成了自己的设计和建设规程、规范。这一时期以货物运输为主发展铁路， 以大列、长列为主。桥梁则注重承载能力，桥梁的结构形式一般以中小跨度的简 支梁为主。 湖北工业大学硕士学位论文 桥梁建造与国家的经济发展息息相关。建国以来，尤其是改革开放以来，我 国桥梁建造无论在数量上，还是在设计理论、制造工艺、架设技术方面，都取得 了巨大发展，在各个不同时期体现出明显的特点。 2 0 世纪8 0 年代以后，随着经济建设的发展，桥梁的结构形式、结构跨度、设 计理论、施工工艺和机具水平都得到了很大的发展。进入2 0 世纪9 0 年代后，铁 路的运输结构随着图民经济的发展而出现了新的格局，客运比重加大，主要干线 实施提速，并修建客运专线，对桥梁结构的设计也提出了适应较高速度和乘坐舒 适度的要求。因此，桥梁设计规范在荷载、列车纵向力计算、结构自振频率范围、 横向与竖向刚度等方面都进行了不同程度的改进。对于寿命超过5 0 年的桥梁老龄 化问题也进行了一定程度的研究。 中国桥梁界专家们曾预言：2 1 世纪世界桥梁将实现新型、大跨、轻质、灵敏 和美观的国际桥梁发展新目标。中国已建的现代化桥梁的规模、跨度、设计和施 工难度以及所体现的科学技术水平、施工与管理水平和桥梁造型水平，所创造的 社会经济效益都达到或者超越了国外最先进的桥梁。 在世界桥梁中，中国古代桥梁曾经留下了辉煌的历史。当今中国桥梁事业的 蒸蒸日上，已经成为世界桥梁界关注的中心。自改革开放至本世纪初的几年，我 国已经建成的仅永久性公路桥梁约2 2 4 万座。但是，如此众多的桥梁，理应为桥 梁造型设计提供了广阔舞台。然而即使基于总数量如此庞大的桥梁工程中，建造 中强调功用性的传统还是使人们忽视了对桥梁造型语言的研究。因为受到时代、 科技、经济环境等因素的影响，我国在许多大型地标性桥梁的造型设计中都只注 重建桥技术、造价及基本使用功能的满足，并不太注重桥梁是否达到突现时代背 景、文化特色；是否有破坏城市文脉环境：其整体造型、色彩与风格是否能与周 边景色相融合；是否能成为桥址地标等标准。致使目前国内许多地区所谓的地标 性的桥梁造型、色彩、风格都大同小异，甚至还出现生搬硬套国外优秀桥梁造型 的现象，常常给人“东施效颦”的感觉，根本做不到一桥一景，更谈不上成为城 市地标物了。对于桥梁造型设计来说，成为城市地标的作用及重要性理应受到更 加广泛的关注。另外，在世界桥梁发达国家的桥梁设计流程上，通常都是先有桥 梁的造型设计方案，然后在此方案基础上出结构图，最后施工。而我国则恰恰相 反，我们是先有桥梁结构图，之后仅是在结构的基础上稍作美化。这样设计出来 的桥要么功能性至上，要么经济性至上，在桥梁造型语言、桥梁审美、桥梁文化 特色和桥梁景观等方面都会有很大的欠缺。 中国已是当之无愧的桥梁大国，相信在不久的将来，我国的桥梁设计师们在 调整桥梁设计流程和加强桥梁造型力度后，中国将会跻身于世界桥梁强国之列。 湖北工业大学硕士学位论文 1 4 2 桥梁造型设计近年来在发达国家的发展状况及趋势 桥梁发展的历史，就是桥梁跨度不断增大的历史，是桥型不断丰富的历史， 也是结构不断轻型化的历史。 近年来，国外钢梁、钢拱的最大跨径已超过5 0 0 m ，钢斜拉桥为8 9 0 m ，而钢悬 索桥达1 9 9 0 m 。随着跨江跨海的需要，钢斜拉桥的跨径将突破1 0 0 0 m ，钢悬索桥将 超过3 0 0 0 m 。至于混凝土桥，梁桥的最大跨径为2 7 0 m ，拱桥已达4 2 0 m ，斜拉桥为 5 3 0 l n ；本世纪5 0 6 0 年代，桥梁技术经历了一次飞跃：混凝土梁桥悬臂平衡施工 法、顶推法和拱桥无支架方法的出现，极大地提高了混凝土桥梁的竞争能力；斜 拉桥的涌现和崛起，展示了丰富多彩的内容和极大的生命力；悬索桥采用钢箱加 劲梁，技术上出现新的突破。所有这一切，使桥梁技术得到空前的发展；悬索桥 采用钢箱加劲梁，斜拉桥在密索体系的基础上采用开口截面甚至是板，使梁的高 跨比大大减少，非常轻盈；拱桥采用少箱甚至拱肋或桁架体系；梁桥采用长悬臂、 板件减薄等，这些都使桥梁上部结构越来越轻型化。 桥梁设计就是把桥梁综合建造技术与桥梁造型艺术相互融合的设计。 国外桥梁建造技术越来越先进的今天，身处车水马龙的现代城市，随着人口 密集化和交通运输高速化，城市交通正以桥梁为媒介向着空间发展。桥梁的跨度、 材料等建造技术已不再成为难题，但从城市设计的视角来看，桥梁造型对于城市 景观、人文环境却是非常重要的，它是区域环境的不可缺少的成员。 桥梁是人类杰出的智慧结晶之一，宏伟壮观的澳大利亚悉尼港桥与现代化别 具一格的悉尼歌剧院融为一体，成为今日悉尼的象征。闻名遐尔的美国旧金山金 门大桥、英国伦敦桥、日本明石海峡大桥等等，这些著名大桥都是一件件宝贵的 空间艺术品，它们成为了陆地、江河、海洋和天空的景观；成为了城市标志性建 筑；成为了世界名城的城市名片，它们绝不仅仅是桥梁建造技术的堆砌物，而是 带有区域人文文化精髓的，桥梁造型语言的反馈。因此，2 1 世纪的桥梁结构必将 更加重视造型艺术，重视桥梁美学、景观设计和环境保护，达到人文景观同环境 景观的完美结合。 湖北工业大学硕士学位论文 第2 章郑州黄河公铁两用大桥造型语言特性分析 2 1 项目相关背景 2 1 1 项目来源 郑州黄河公铁两用大桥( 以下简称郑黄桥) ，是由河南省政府和铁道部联合投 资兴建的，该桥建成后将是世界上最长的公铁两用大桥。2 0 0 5 年9 月1 9 日铁道部 部长刘志军与河南省徐光春、李成玉等领导举行会谈并签署了会谈纪要，根据 与河南省签署的协议，郑黄桥工程总概算为5 1 9 3 7 亿元，其中公铁合建段工程概 算为3 0 7 0 1 亿元，分建铁路引桥段工程概算为7 0 8 7 亿元，分建公路引桥、两岸 公路接线、公路交通工程工程概算1 4 1 4 9 亿元。2 0 0 5 年l o 月1 1 日铁道部发展计 划司印发了关于委托开展京九铁路电气化改造等项目方案竞选工作的通知。1 。 2 0 0 5 年1 0 月底，本人有幸受到郑黄桥投标单位之一中铁大桥勘测设计院 有限公司的邀请，参与郑黄桥投标方案中的桥梁造型设计。 2 1 2 郑黄桥设计要求 拟建的郑黄桥为石郑 铁路客运专线，及河南省 规划的中原黄河公路大桥 跨越黄河的共用桥梁，桥 位距下游京珠高速公路黄 河大桥约6 k m ( 见图2 1 ) 。 桥位左岸起于双井工 程，右岸接于黄河大堤， 全长4 6 0 0 米，根据主河槽图2 1 郑黄桥桥位示意图 摆动，南北滩区不同的过 洪条件，其孔跨设计布置原则是：满足主河道行洪、通航需要，分区段进行孔跨 布置比较，满足各区段的功能要求，在合理的前提下力求孔跨布置适用、经济0 1 。 铁路设计范围：石郑客运专线d k 6 4 2 + 8 0 0 6 8 4 d k 6 5 7 + 6 8 5 5 8 3 段，郑州黄河 公铁两用桥公铁合建及铁路引桥部分，正线长度1 4 8 8 5 正线公里。 1 4 湖北工业大学硕士学位论文 公路设计范围：北起河南省新乡市境内原阳县原武镇阎庄，接现国道g 1 0 7 线， 向南经原阳县原武镇，跨越黄河，与新建的g 1 0 7 辅道( 郑州东四环) 相接，全长 2 2 6 9 1 k m 。 公路桥面按双向六车道、两侧设慢车道和紧急停车带布置( 即八车道标准) ； 公铁合建部分要贯穿黄河南北大堤，两岸需设置桥头堡。主桥采用( 1 2 0 + 5 1 6 8