桥梁建筑新论-桥梁结构合理形式所遵循的规律

1、桥梁建筑 ?新论第?三章桥梁?结构合理形 ?式所遵循的?规律? liWei9604你好?今天是2002-1-13星期日加入收藏夹？ ？在线咨询服务留言板? 您?现在的位置?桥梁空?间网专?业文苑?公路桥梁此?文已被阅读?11次? ?桥梁建筑 ?新论第 ?三章 桥梁?结构合理形 ?式所遵循的 ?规律? 作?者：张师定 ? ? ? ? ?第三章?桥梁结构合?理形式所遵?循的规律? ? ?3.1?引言? ? ?在漫长?的古代和中?世纪，从事?建筑营造活?动的工匠， ?既是建筑师?，又是结构? 工程师。后 ?来，随着房?屋功能的大?大增加及结 ?构的复杂化?，才出现了 ?建筑师与结?构 工程师的 ?分

2、工。但是 ?，桥梁就有 ?所不同， ? ?直到?现在，一位?桥梁设计师?既是建筑师 ?，又是结构?工程师。依 ?笔者之见， ?究 其原因大 ?概有三条： ? ?桥梁的功能并不复杂，其建筑设计可由结构工程师代替。? ? ?桥梁所受荷载较房屋建筑特别大，因而？其造型大多以结构受力合理为重？ 心进行选择?，也就是说?， 桥梁建筑?设计与结构?设计联系非?常紧密。? ?孑桥梁建筑设计与施工方法紧密相连，而施工方法与结构受力分析息息相 关？，这是桥梁 ？工程的显著 ？特点之一， ？详见 5.8？节。? ? ?桥梁的受力 ?特点等决定?了桥梁建筑?理性的特点?。? ? 3?桥式最优设计理论?Opti?na

3、l ?esign theOry o?bri dge Shapes?研究? ? ?3.2.1?结构设计?概念? ? ?谈到桥梁建?筑设计，就?不得不提到?结构设计概?念，它是结?构概念设计?的重要 组成?部分(工程?可行性研究?从略)。它?虽然不如数?学公式那么?严密，但其?内涵却博 大?精深。笔者?以为，概念?设计大师、?预应力先生?林同炎?正是对结构?内在规律的? 洞察，才不 ?拘一格，设 ?计 出诸如： ? ? &#?8226;?美洲银行大 ?厦框筒 ?结构；? ? ?&#822?6;莫斯?康会议中心 ?系杆拱?结构、? ? ?&#82?6;波多黎各的Po?ce圆形

4、剧场一一双曲抛物线壳？? ? &?#8226;?亚利桑那?市场大厅?双曲抛物?面马鞍形悬?索屋盖；? ? ?•R?O CoCOradO 桥反吊桥；? ? ?&#82?26;旧金?山航空港高 ?架桥展?翅梁；? ? ?&#82?6;Ru?k-A- Chuck?桥曲线斜拉桥? ? ?等传世?佳作。? ? ?定义3?1工程结构(en?inee?ng Structure)?由若干构件相互联结并支撑于大 地上的几 ?何不变体系?。? ? &#8226?基本构件受力状态有？拉(tension? 压(c?mpre?sion? 弯(b?ndin?)、剪(Sh

5、ea? 扭(t orsion)及其组合(com?inat?on)等? ? &#8226?基本构件按其受力特点分为：梁？beam?板(s?ab)、柱(col?mn)、拱(arc?)、壳(shell?与索(c?ble)?(拉杆)(tfensi?n? ? ?membe?r） 六大 ?类。? ? &#822?;工程结构中常用的基本类型有？梁、板、柱、桁架（0-usS?拱、排？ 架、框架、 ?折板结构、 ?壳 体结构 （s?hell? ? sRuctQtre）?网架结构?悬索结构（Suspension? ? Strudre）?剪力墙、筒体结构、悬吊结构、板柱结构、墙板结构、充气结构 等?

6、。? ?定义3.2?工程结构设计（deSign ?f enginee?ng Structure）? ? ?处理工程结?构的安全性?、适用性、 ?经济性及美?观的过程。 ?分为结构构?思与结 构计?算两阶段。 ? ?定义？ 3.3结构构思（Struc?jral?hought p?DceS3es） ? ? ?在满足结构?功能要求的?前提下，通?过综合处理?各种矛盾（?功能、结构?、技 术、经?济与美观之?间），合理?地组织各构?件，以解决?结构的传力?系统及方式?，使结 构成?为几何不变 ?体系、均衡?与稳定、传 ?力路径短、 ?应力均匀， ?有韵律感与?节奏感， 与?周围环境协?调等的过程?。?

7、 ? 结?构构思的过?程是从大量 ?的未知领域?或多种选择?中确定需要?的目标，如?结构 总体布?置、外形尺?寸、工程材?料及施工方?法等，它需?要创造性地?将知识（科 ?学）与 技巧?（艺术）结 ?合起来。构?思过程中应 ?能注意到各?种关系与联 ?系，做到分?析与综合 的 ?结 合：? ? 既要看到总体，又要注意到细部。? ?既要注意到现在，又要考虑到未来。? ?既要处理好核心问题？又要照顾到次要问题? ?既要理解结构的内部关系，又要妥善处理与周边的相互作用。? ?既要考虑到设计的可行性，又要考虑到施工的可行性；？? ? 既?要考虑到运?营，又要考?虑到维修与?改建。? ? ?既要考虑到结

8、构，又要考虑到功能。? ? ?既要适用，又要耐久。? ?既要经济?又要安全? ?既要讲技术？又要讲艺术。? ?既要考虑到自身的美观，又要考虑到与周围环境的协调？（景观设计？。? ? ?结构构思?是建筑师的?主要工作内 ?容。由于其?的复杂性与?创造性，最?优设计难 以?实现，但设?计结果也应?力求在合理?的范围内。 ?目前，结构?构思主要靠?人工来完 成?，而计算机?对此无能为 ?力。? ? 定义3.4结构计算（strQctur?l ca?Cula?on 0roce?ses? ? 分?为结构分析?及应力分析?，以给出结?构各构件之?尺寸及连接?设计，使结?构安 全可靠?，即使结构?强度，刚度?

9、及稳定性等?均应满足要?求的过程。 ? ?计算?的过程主要?是分析和评?估结构在给?定荷载作用?下的响应， ?一方面确定?结 构的内力?，应力和变?形等，另一?方面评估结?构是否满足?设计规范的?要求。由于?计算 的过程?通常不含有?未知的因素?，计算遵循?固定的程序?与模式（如?有限元法分?析及内 力 ?应力检算等?）等，因此?，与构思的?过程相比， ?计算过程应?更容易些。 ?目前，这 一?任务主要由?计算机来完 ?成。? ? ?准则3.1?良好的?结构方案是 ?良好结构设?计的重要前 ?提。? ? ?Execel?lent?struc?ture?plan?is t?he im?porta

10、?nt pre?supp?ositi ?on of? ? ex?ecell?ent s?truct?ure ?desig?n.? ? ?因 为在结构 ?设计中、无 ?论 多么完美 ?的结构计算 ?都 无法弥补 ?经结构构思 ?而形成 的结?构方案中的 ?不足。相反?，良好的结 ?构方案却能?够部分弥补 ?结构计算中?的不足。 由?此可见结构?构思的重要 ?性。? ? ?对于技术复?杂或规模较?大的桥梁， ?都要求进行?桥式方案的?比选，这是 ?合乎科 学的 ?程序。? ? ?定义 3.?5桥梁?供铁路?、道路、渠?道、管线或?行人等跨越?河流、山谷 ?或其 它交通?线路等障碍 ?物时使用的 ?

11、工程结构物 ?。? ? 桥?梁作为一工?程结构，其 ?功能可由其?定义一目了?然，即桥梁?的功能是跨?越河 流、山?谷或其它交 ?通线路等。 ?尽管桥梁的 ?功能归根到 ?底总是“跨?越”，然而 ?，桥梁的 结?构形式却丰 ?富多彩，常 ?把“桥梁的 ?形式”简称?为桥式。? ? ?桥梁中?桥式的概念?应该与建筑?中体型的概?念相对应。 ? ? 定义?3.6?桥式 指?桥的结构体 ?系，横截面 ?形式及特征 ?性构造等， ?尤其以桥 跨?结构形式所?占的比重最 ?大。? ? ?可见，研究?桥式就是要?研究桥的结?构体系、横?截面形式及?特征性构造 ?。这三 者最 ?能反? ? ?映桥的形式 ?

12、。? ? 3.?2.2最?优桥式所遵?循的一般规 ?律? ? 桥?梁结构合理?形式并非有 ?特定的单一?的结构形式?，因此，研?究其特性应?从总 体上把?握其规律， ?然后，以其 ?为标准评价 ?所要讨论桥 ?式的优劣。 ? ?实际?上，桥梁结?构合理形式?所遵循的一 ?些规律已零?散地存在于 ?桥梁建设者?的 头脑中， ?并自觉地运?用于实践。 ?挖掘其规律?并使之系统?化是非常有?意义的 3.?1。以?下有关桥梁 ?力学与美学?的准则便是?笔者在桥梁?建筑设计中?的体会与理? 解，而其中 ?的一些规律?不仅仅适用?于桥梁，也 ?适用于其它?工程结构物 ?。? ? 准?则3.2?功能公理?结

13、构应?满足全部功 ?能的要求。 ? ? A s?truct?ure s?houl?d ful f?il i t?s fu?nctio?n .? ? ?准则 3.?2给出?了桥式最基 ?本的要求?功能要求 ?。? ? 若?笼统地讲，?桥梁的功能 ?是跨越。但?细致地分析?，桥梁结构?一般应满足?下列 功能要 ?求：? ?能承受正常施工和正常使用过程中可能出现的各种作用？（包括荷载？外加 变形?和约束变形 ?以及温度的?作用等）。 ? ?在正常使用过程中具有良好的工作性能，如不产生过大的变形和过宽的裂 缝等。? ? ?具有足够的耐久性，即在结构的设计寿命期内不发生严重的风化、腐蚀和？ 老化。? ?

14、 ?在偶然事件发生时及发生后，能保持必要的整体稳定性。? ? ?这里包含了?结构的安全?性、适用性?和耐久性等?，其统称为?结构的可靠?性。? ? ?为方便建筑?设计，笔者?将桥梁功能?划分为跨越?功能和交通?功能。? ? ?由准则 3?.2可?推出如下准 ?则3.3?：? ? ?准则3.?3功能决 ?定结构。? ? ?Func?tions? det?ermine?s str?uctur?e .? ? ?修建桥?梁，目的是?让道路跨越?障碍物而得?以延续（交?通功能）， ?其跨越功能? 是桥梁最基 ?本的功能之?一。桥梁的?跨越功能决 ?定了桥梁必?须有桥跨结 ?构，而为了?支 撑桥跨结 ?构

15、，必须有?支撑结构。 ?桥梁要使其?上的车辆或?行人等安全?、舒适地通?过， 因此， ?桥梁需能承?受车辆、行?人等荷载， ?且不产生过?大的变形而?影响使用。 ?正是桥 梁功?能的要求， ?才使得为满?足桥梁功能 ?要求所修建?的结构被称 ?为桥梁。? ? ?准则3.4结构几何不变 性（geometri?al i?vari?bili ? of? ? sfTuct?re）准则 一般工程结构都必须是几何不变体系。? ? ?In g?enera?l , g?eomet?ric ?patter?ns of? engi?neeri?ng st?ruct?ure mu?st b?e? ? i?nvari

16、?able?.? ? ?为了保证车?辆、行人等?安全、舒适?地通过桥梁?，桥梁结构?在主要受力?面内 （竖向?）应保证几?何不变，在?次要受力面?内（横向） ?亦应保证足?够的刚度。 ? ? 这?是桥梁成为?工程结构的 ?基本条件。 ? ?判别?一体系是否?为几何不变?体系的过程?称为机动分?析3.7? 。? ? ?定义3.7?几何不?变体系 ?受到任意荷?载作用时， ?若不考虑材?料的变形， ?则 其几何形?状与位置均?能保持不变?的体系。? ? ?几何不?变的平面体?系的组成规?则有三条： ? ?三刚片规则？三个刚片用不在同一直线上的三个单铰两两相联所组成的体 系是几 ?何 不变的。 ?

17、?二元体规则？在一个刚片上增加一个二元体所形成的体系是几何不变的。? ?两刚片规则? ? ?两个刚片?用一个铰和?一根不通过?此铰的链杆?相联所组成?的体系是几?何不变 的，?或两个刚片?用三根不全?平行也不交?于同一点的?链杆相联所?组成的体系?是几何不 变 ?的。? ? ?上述规则中?所提到的二?名词刚?片及二元体?见如下定义?。? ? 定?义3.8?刚体 ? ?在机?动分析中，?由于不考虑?材料的变形?，因此可以?把一根构件?或已知是几?何 不变的那?部分看作一?个刚体，在?平面体系中?又称为刚片?。大地便是?一特殊刚体?。? ? 定?义3.9?二元体 ?两根不在?一直线上的?链杆联结一

18、?个新结点的?构造。? ? ?准则3.?5均衡?与稳定公理?一般工?程结构必须?保持静力平?衡，即结构?稳 定。? ? ?In g?eneral?, e?ngine?ering?struc?ture?must?keep?itsel?f bal?ancy?, i.?e.? ? ?struc?ture?stabi?lity?.? ? ?处于地球 ?重力场内的 ?一切物体， ?只有当其重?心最低且左 ?右均衡时， ?才会给人 稳?定的感觉。 ?从力学与美?学角度上讲?，都要求结?构均衡。均?衡分为静态?均衡（对称? 均衡与不对 ?称均衡）与?动态均衡（?如飞鸟式、?螺旋形、具?动感的曲线?等）。?

19、? ?保持静力 ?平衡是桥梁 ?结构安全与 ?美观的前提 ?条件。? ? ?准则3.?6传力?路径公理 ?合理的结?构在荷载作?用下，其传?力路径较短?。? ? As? a r?easona?ble s?truct?ure ,?the?way ?of lo?ads tr?ansmi?ssio?n is ? ? sh?ortter?.? ? ?定义 3.?10传 ?力路径 (th?e way? of l?oads?trans?missi?on)? ? 笔?者建议，将?构件中主拉 ?（压）应力?迹线定义为?传力路径， ?将结构在使?用荷 载（包?括恒载）作?用下，各主?要受力构件?传力路径之?和定

20、义为该?结构的传力 ?路径总 长。 ? ?由于?桥梁为一狭?长结构，其?主要传力面 ?为竖向，而?横向为次要 ?传力方向。 ?因 此，妥善 ?处理好竖向?传力途径是 ?关键问题， ?同时，照顾?到横向传力?问题。? ? ?对于拉（ ?压）杆，其 ?主应力迹线 ?均平行于杆 ?件轴线，因 ?此，传力路 ?径 等于杆 件?的长度。而?对于纯受弯?杆件，任一?横截面内均?有拉应力及?压应力，其?主拉（压） ? 应力迹线亦 ?平行于件轴?线，其传力?路径等于杆 ?件的长度。?但梁常为弯 ?剪耦合构件?， 梁内任意 ?一点均处于?二向受为状 ?态。其主应?力迹线呈曲?线，可见， ?其传力路径?复 杂，此

21、时 ?可将梁比拟 ?为“桁架”?（拉压?结构），其 ?各构件传力 ?路每项之和 ?可定义 为梁?的传力路径 ?。对于弯剪?扭耦合构件 ?，可将其比?拟为“空间?桁架”。可?见，拉 （压?）杆件传力 ?路径较受弯?杆件短得多 ?，它是传力?最简捷的构 ?件。而力在?普通梁中 所?走的是最坏?的弯路，仅 ?从力学上来 ?看，梁不是 ?理想的构件 ?。? ? 一?个优越的结?构，应当根 ?据最短的传?力路径来组?织各构件， ?因为结构的?传力 路径越?短、越直接?，其工作效?能就越高， ?所耗材料也?就越少；尤?其是结构承 ?受的荷 载越?大，就越应 ?当合理地组?织各构件， ?使其传力路?径简捷，

22、这 ?也是准则3?.19?的 依据。? ? ?不论是?桥跨结构（ ?荷载要在桥?跨范围内以?最短路径传?到支撑结构?）还是支撑? 结构（上部 ?结构传来的?荷载要以最?短路径通过 ?支撑结构传?至大地）； ?不论是横截?面 内（如受 ?弯箱梁在弯?矩平面内的 ?传力路径主?要是沿腹板?传递，因此?，其主筋应?配置 在靠近?腹板的范围?内为好等） ?还是细部构?造（如拱上?立柱与箱拱?连接处横隔 ?板沿立 柱竖?向设置较径 ?向设置传力?简捷；带挂 ?孔的悬臂梁?桥采用受拉 ?型铰较传统?受压型铰 施?工吊装时方?便，牛腿的 ?受力与梁的 ?受力吻合， ?细部构造优 ?越等），传 ?力路径简 捷

23、?，明快者为?较好的形式 ?。? ? 若?单从“传力?路径最短”?这一准则出 ?发，则不难?发现：悬带?桥是传力路?径最短 的桥 ?式。? ? ?常见桥式竖 ?向传力路径 ?如图 3.1?所示。? ? ?图 3.1?常见桥式竖 ?向传力路径 ?（实线为受 ?压，虚线为 ?受拉）? ? ?准则 3.?7应力 ?均匀准则 ?结构应力 ?应均匀流畅 ?。? ? As? a r?eason?able s?truct?ure ,?its?stres?s sho?uld b?e uni?form ?.? ? ?对于杆系结?构，应力均?匀流畅包括?杆件横截面?内应力均匀?、沿杆件长 ?度方向 内力?均匀及结

24、点 ?、边界处应?力均匀。? ? ?只有结?构应力均匀?，才能较好?地发挥材料?的强度，取?得经济效益?。另外，结? 构应力均匀 ?也是优越结 ?构必备的条?件之一。? ? ?一般情?况下，超静?定结构要比?相应的静定?结构内力分?布均匀些， ?而超静定次? 数高的结构 ?要比超静定?次数低的结?构内力分布 ?均匀些。? ? ?借助于弯矩概念或弯矩图（b?nding moment? ? ?dia?ram）?可帮助我们了解结构的传力路径及各构件的应力均匀性？比较不 同?桥式的工作?原理，深入?了解和掌握?各种桥式的?发展演变及?相互联系， ?从而探求尽?可能减小结 ?构中弯矩大?小及弯曲应?力大

25、小的各 ?种途径，寻?求满足功能 ?要求、适应?桥 址地形、 ?地貌、地质 ?及水文等条 ?件的合理桥 ?式。? ? ?准则3.6?与准则?3.7?是从力学角?度衡量桥式?优劣的重要?优化准则。 ? ?然而?，早在 20?世纪 40年?代，就曾提?出以下几条?优化准则： ? ?同步极限准则？最优设计的构件在受力后各部分应同时达到极限状态。？? ?满应力设计准则 最优设计的结构，其每一构件应在至少一种工况下达到 它的容许 ?应力限值。 ? ?最轻设计准则？ 一般的满应力设计可能相当接近于、甚至就等于最轻设？ 计。最轻设 ?计必须满足?的条件是：?当任何一个?自由设计变?量作单位变?化时，结构?的

26、 刚度收益?和重量支出?的比值应彼?此相等，即?都等于某一?常数。也可?以说，在最?轻结 构中， ?自由设计变?量都被调整?到具有相等?的优化效率?。这意味着?对结构刚度?贡献大 的设?计变量，应?该多负点重?量。? ? ?笔者以为： ?体系优化才?是第一位的?，构件截面?优化是第二?位的；体系?优化远 比个?别构件优化 ?效益大。? ? ?另外， ?对工程造价?（或建筑安?装费）追求?最省，也是?建筑师或结?构工程师期? 望的目标之 ?一。换句话?说，建筑师?或结构工程?师也希望自?己的产品/?作品有良好?的 性价比（ ?性能/价格?） 。? ? ?由准则3.?6与准?则3.7?可推出准?则

27、3.8?，准则?3.9与?准则 3.1?0，它?为寻求最优?结构指明了?方向。? ? ?准则3.?8承受?轴向拉力或?压力的结构?，简称为“?拉压结构?”“ tn?esion/?compr?essio?n? ? ?>tru?ture?可能是合理结构。? ? ?The?struc?ture?whic?h cons?ists?of p u?ll- ?bars o?r pus?h-bar?s , i?.e. ? ? “e?tnsion?/com?pressi?on st?ruct?ure ”?may be? a r?easona?ble s?truct?ure .? ? 由?于拉压结?构应力均

28、匀?流畅、传力?简捷、材料?强度能够得?到较好地发?挥， 因此， ?“拉压结?构”可能是?合理结构。 ? ?诸如?桁架、拱（?壳）、柱（?筒）、悬索 ?结构、钢管?网架、密索 ?式斜拉桥、 ?整 体张拉式 ?结构（由压?杆群和拉索 ?系组成的空?间结构体系?）等均为拉?压结构， ?而最 后者一整体张拉式结构（tOnseg?ty ? ? system）正是人们理性探索的结果。? ? ?北京工业大?学陆赐麟教?授在寻求最?佳预应力钢?结构形式的?研究与探索?中曾对 理想?的预应力钢 ?结构作过预?测和描述 3?.6： ? ? “这?种新型结构 ?既不是建立?在普通结构 ?的基础上， ?更不是普通

29、?结构中个别 ?杆 件的改善?，而是重新?建立完全区?别于普通结?构图形的新?式结构体系?。可以设想?，在 这种结?构体系中具?有最多数量?的柔性拉杆?，这些拉杆?由于预应力?的作用，既?可承受 拉力?，又可承受?压力。基本?为轴心受压?的构件代替?了受弯构件?，轴心受压?的杆件又 都受预应力的作用而在受载前产生内部预拉应力？? ? ?。只有这?种新型体系?的建立，才?能彻底地、 ?大量地节约?钢材，充分?地利用材 料?强度。”? ? ?笔者不?禁为陆赐麟?教授敏锐的?眼光及无限?的畅想所折?服。? ? ?准则3.9?承受轴?向拉力的跨 ?越结构可能?是大跨优越 ?结构，即索?结构可能 是?大

30、跨优越结 ?构 。? ? ?Strid i?ng st?ruct?ure t?hat s?upport?s pul?l fo r?ces ?may b?e a r?eason?able ? ? str?uctur?e wit?h lar?ge s?pans ,?in ?other?words? , c?able-s?truct?ure ?may b?e? ? ?a reas?onabl?e str?uctur?e wit?h lar?ge s?pans.? ? 目?前，用于桥 ?梁的索结构 ?包括悬索桥 ?、斜拉桥及?拱桥（吊杆?采用柔索者 ?）等。? ? ?桥跨结构 ?可以是受拉 ?、受压或

31、受 ?弯。现分别 ?概论其优、 ?缺点：? ? ?受弯的桥跨结构不方便施工，应力不够均匀，材料强度不能很好地发挥， 传?力路径长， ?现有的受弯?材料比强度?不高。因此?，受弯的桥?跨结构不适?宜于大跨。 ? ?受压的桥跨结构虽应力较均匀，材料强度能较好地发挥，传力路径较短？ 但存在失 ?稳问题，不?方便施工， ?且受压材料?比强度不高?，对于大跨?桥梁，几何?非线 性的影？响使其所受？内力聚增， ？因而不经济？，可见，受？压的桥跨结？构还算不上？较好的 结构 ？体系。? ? ?受拉的桥跨结构，虽存在振动？疲劳等问题，但其应力均匀，架设方便， 材？料强度能得？到很好地发？挥，传力路？径较短，受

32、？拉的材料比？强度高，当？考虑几何非？ 线性影响时?，其内力大?大减小，带?来显著的经?济效益，因?此，索结构?适宜于大跨?。? ? 准?则3.10?预应力 ?索结构可能 ?是大跨理想 ?结构。? ? ?Pre-s?tress?ed c?able s?truct?ure ?may b?e a p?erfect?str?ucture? with? lar?ge? ? ?spans? .? ? ?在预应力 ?索结构中， ?预应力使索 ?系处于张紧?与稳固状态 ?，使结构体?系具有承 载?能力及刚度?（而不是降?低或调整内?力）。这种?不以增加自?重为代价而?增强结构刚 ? 度及承载能 ?力的特点正

33、?是预应力索?结构的优越 ?所在。? ? ?如双曲悬 ?索结构及笔?者提出的全 ?索桥新桥式?（见第八章 ?）便属于预?应力索结 构 ?。? ? 可?见，优越结?构排序如下 ?：? ? 第?一位：受拉 ?结构；? ? ?第二位： ?拉压结构 ?；? ? 第?三位：受压 ?结构；? ? ?第四位： ?受弯结构。 ? ?值得?一提的是： ?香港汀九斜?拉桥3.?7是一座?预应力索结?构，其孔跨?布置 为三塔四跨连续斜拉桥（12?m + 44?m + 475m + 12?m），其特点主要有？? ?本桥为四索面体系；? ? ?为控制中塔的位移，采用中塔两侧各设一对锚索，由中塔塔顶斜拉至过塔？ 靠近主梁

34、处 ?，并提高中 ?塔的高度； ? ?桥塔选用独柱型，传力简捷，而塔身在横向采用钢横梁、钢斜撑和横向拉 索进行加 ?宽，以承担 ?主梁。? ? ?准则3.?11结?构连续公理?合理的?结构整体性?好（超静定?结构尤其如? 此），构件 ?体形变化平?顺，结点处?或边界处过?渡平滑。? ? ?A r e?asona?ble s?truct?ure i?s an?entir?ety ?with t?he s?hapes?of m ?embers? ? c?hangi?ng s?moothl?y .? ? ?这不仅?是美观的要?求，更是准?则3.7?应力?均匀的要求?，因为构件?体形变 化平?顺，结点

35、处 ?或边界处过?渡平滑、结 ?构整体性强?是力流平顺 ?的必要条件?，同时， 也?可提高结构?的承载能力 ?和刚度，这 ?也是当今桥 ?梁普遍不设 ?铰的原因所 ?在吧！? ? ?准则 3.?12合?理的结构应 ?尽量使其各?构件承受均 ?布荷载，如?受弯构件承?受 横向均布 ?（满跨）荷?载，而避免 ?集中荷载等?。? ? A?reaso?nabl?e str?ucture? sho?uld m?ake it?s me?mbers?load?ed wit?h ev?en? ? ?distr?ibuti?ng f?orces?.? ? ?在桥梁设计?中，为减小?集中轮载的?集中作用， ?常于

36、桥面上?铺一定厚度 ?的桥面 层， ?以扩散轮载 ?的集中作用?，使主要受 ?力构件承受?较为均匀的 ?荷载；为扩?散支座对 梁?产生的支承?力的集中作 ?用，常于支 ?座处设置横 ?隔梁或横隔 ?板等，同时 ?，这也是“? 传力转向”?的要求。另?外，拱桥中?采用较密的 ?立柱或吊杆?、吊桥中采?用较密的吊? 索、斜拉桥 ?采用较密的?斜拉索等， ?均是使主要 ?受力构件承?受较为均匀 ?荷载的典型?范 例。? ? ?这是应力 ?均匀，传力 ?简捷之要求 ?。? ? 准?则3.13?韵律感 ?与节奏感准 ?则 合理?的结构应有 ?韵律感和节?奏感。? ? ?A re?asona?ble st

37、?ruct?ure is? rhyt?hmic?.? ? ?自然界或人?工建筑物中?的许多事物?或现象，由?于有秩序地?变化或有规 ?律地重 复出?现，往往激 ?起人们的美?感，这种美 ?通常称为韵?律美。? ? ?由准则 ?3.3可?知，功能决 ?定了结构。 ?因此，结构 ?并非由杂乱?的构件拼凑? 而成，而是 ?按功能要求?有机地结合?起来，这样 ?形成的巨大?的、永久的 ?、固定的、 ?可 视的合理 ?结构必然不?能令人漠视 ?其在人类生?活环境中的?精神作用与?美学价值， ?其韵 律感和?节奏感油然 ?而生。? ? ?桥梁孔径的变化；？? ?墩高的变化；？? ?式样的变化；？? ?桥面

38、的弯曲与起伏；? ? ?斜拉索的辐射；? ? ?大缆优美的曲线？? ?拱的弯曲等等？ ？ 都？形成了韵律？与节奏（连 ？续韵律、渐？变韵律、起？伏韵律及交？错韵律）。 ？合谐 的韵律?与节奏（见?图3.2所?示）使美丽?的桥梁看上 ?去如无声而?美妙的音乐?。? ? ?图 3.2曲?线布置、形 ?似蜈蚣、流?畅优美的多 ?跨长桥? ? ?准则?3.13?是衡量桥 ?式美观的重 ?要准则。? ? ?有关桥?梁轮廓尺寸?的协调比例?关系见如下?准则 3.1?4。? ? ?准则?3.14?桥梁轮廓协?调准则? ? ?梁桥或拱桥相邻跨度的比值（小跨比大跨？宜在0：4, 1内，接近 0.?618时?，桥

39、跨变化?会显得平顺?、流畅、有?韵律感与节?奏感。? ? 梁桥墩高与跨度之比宜在0望5, 0?35内？接近0.618时，桥高与跨度? 的比例最为 ?和谐。? ? ?拱桥之矢跨比宜在？ 1/8, 1/4内? ?斜拉桥索塔高度（自桥面算起）与中跨之比宜在1/7? 1/4内，边跨与? 中跨之比宜 ?在 1 /3?， 1 /2?内。? ?悬索桥大缆矢跨比宜在1/11, 1/7?内，边跨与中跨之比宜在1/4, 1/2?内。? ? ?©带单悬臂的简支梁？悬臂长与简支跨长之比宜取0.?1左右。？? ?带双悬臂的简支梁，悬臂长与简支跨长之比宜取0.35左右。? ?带双悬臂的两跨（跨度相同）连续梁，其

40、悬臂长与跨度之比宜取0?33左 右 ?。? ?三跨连续梁？其边跨长与中跨之比取0.8左右时较好。？? ?中间跨为等跨的多跨连续梁，其边跨与中跨跨度的比值宜在？0.65? 0.7 ? 内。?注：第条均只适用于建造过程中未发生体系转换之情形。? ? To?a be?m bridge ?r an?3rch?)rid§e , ?he ratio ?smalfer? ?sp a?n/l a r?ger s?pan) o?f nei?ghbor?ing s?pans?shoul?d be?in ?0 .4， 1 ? ,if i?t '?s? ? cl?ose t?o 0.61?8 , c

41、?hangi?ng of? nei?ghbori?ng s?pans l?ooks?easy?,smoo?th ? ? ?and?rhyt?hmic .? ?To a?)eam?Dridge , pier ?ength / nighb?ring1Span?>hou?i be?n? ? ?0.2?5，0.?85 , i?f it?'s cl?ose t?o 0.61?8 , t?he br?idge?looks? pret?ty .? ? ?To an?arch?brid?ge , ?depth-?to-sp?an ra?tio s?hould? be i?n 1/?8，1/4?

42、. ? ? ?© To?a cable-s?ayec?)rid ?e , ?he r?tio Of toWer l?ngth?abov? the?d?eck)t?o mi?dspan?shoul?d be?in ?1/7，1/?4 ,t?he rat?io of?sid?e spa?n to mi?dspan?shoul?d be?in ?1/3，1/?2 . To? a s?uspens?ion b?ridge? , de?pth-t?o-sp?an rat?io sh?ould?be in? ?1/11?，1/7 ,?the?rati?o of s?ide s?pan t?o m

43、id?span?shoul?d be?in? 1 /4， ?1 /2 .? To a ?mpl? supported beam with a S?ngle2ant?eve?, the ra?o o? c?antil?ever?lengt?h to?simpl?e su?pport?ed sp?an sh?ould b?e a?bout ?0.41 ?. To ? simple supported b?am w?h double?sa nt?eve?s , ?he r?tio of ?canti?lever?len?gth to? sim?ple s?upport?ed s?pan sh?oul

44、d?be ?about?0.35?. To?wo Same Spa nSCon t?nuou? beam with double cantil evers? the? ? r?atio?of c?antil?ever l?engt?h to ?one s?pan s?hould?be ?about?0.33?.? ? To?a conti nu?us beam w?h three spa ns? the rat?) of?>ide?>par?:o ? ? ?mids?pan s?houl?d be ?about?0.8 .?To a2on t?iuou? beam with sam

45、e more midspa ns? th? rat?) of?side? ? sp?an to? mids?pan s?houl?d be i?n 0.?65，0.?7 .? ? ?准则3.14中条可由结构力学知识较容易地得到，其条件是，梁的EI相同，所受荷载为满布均布荷载，并让支点处负弯矩与跨（中跨）中之正弯矩 绝对?相等，对于 ?三跨连续梁?，让边跨跨 ?中弯矩与中 ?跨跨中弯矩 ?相等。? ? ?准则3?14中的条对盖梁的分跨及墩柱的布置有参考价值。? ? ?准则3.?14是?结构美观、?经济、受力?合理三者统?一协调的典?型表现。? ? ?准则?3.15 ?形式感与量?感准则 ?合理的

46、结构?应有形式感?和量感。? ? ?A r?easona?ble s?truct?ure s?houl?d giv?e us s?hape?feeli?ng a?nd di?mensi?on? ? ?feeli?ng .? ?定义?3.11?形式感是?指艺术领域 ?中形式因素?本身对于人 ?的精神所产?生的某 种感 ?染力。如： ? ?水平线条给人的感受是亲切、委婉；？? ?垂直线条给人的感受是庄严、高昂；？? ?斜线具力感、动感和方向感；? ?波形线条可以产生流动感、跳跃感；? ?悬挑线条可以产生灵巧感、腾飞感；? ?水平线条使人联想到平静的水面？ 一望无际的平原；? ? ?垂直线条使人联想

47、到向上生长的树木、挺立苍穹的高山；? ? ?®半圆曲线会使人联想到挂在空中的彩虹；？? ?两个半圆曲线的组合会使人联想到展翅飞翔的海鸥。? ? ?©正放的三角形给人以稳定、安全的感觉，而倒放的三角形会使人感到危险 与?不安；圆形?给人以纯性?情、圆润、 ?光滑、完美?的感受，而?圆球或椭圆?球补认为是? 完美的物体?；矩形给人?以理性、中?规中矩的感?受。? ? ?桥梁外在的 ?墩、塔、梁?、拱、索、 ?大缆、甚至?栏杆等均给?人产生强烈 ?的感染 力。 ?例如，美丽?的金门大桥?(见图3.3?)、美国?人心中的偶?像、精神的?依托，它给? 人以强烈的 ?美感。? ? ?图

48、3.3?美丽的金?门大桥 ? ? ? 准则?.16桥梁特有的 美学特征(?peciai ae?theflfc feling?准则? ? ?桥梁除了?具有其他建?筑的美感， ?如征服改?造大自然之?感、成就感?、 使用价 值?带来的美感?等外，其尚?有有别于其?它建筑结构?的美学特征?，如：? ? ?通达之美(go ?hrou?h beSuty) ? ?凌空之美(fy be?uty)? ? 流?畅之美 (s?mooth?beaut?y)? ? ?刚柔之美(har? anc?soft?)eaity)? ? ?暴露之美(clear be?uty)? ?桥梁由此岸到达彼岸，使道路通达。其实，这就是其功

49、能美一通达之？ 美。? ?桥梁为一跨越结构，其腾空飞架的梁索让人感受到了凌空之美。桥梁较路 基有?通透感，对 ?自然的影响 ?较小。? ? 桥梁为一带状结构？长大桥中的竖曲线设置使桥面看上去连续流畅，纤细 轻?快。? ?桥梁结构兼顾了刚柔之美。? ? ?梁、拱之纤细、亲切、委婉；？? ? 墩?、塔之雄壮 ?、庄严、高 ?昂；? ? ?斜索之力 ?感、动感、 ?方向感；? ? ?大缆之起伏飘动？流畅、张力感。? ? ?桥梁结构的外露性使人们容易由其外观而看到其力的传递，从而获得安 全、 ?和谐、力线 ?明确的心理?诱惑力，给 ?人以信赖、 ?快慰和满足 ?，这便是造?型美、安 全 ?美及成就美

50、?。? ? 如?图 3.4所?示那样设竖 ?曲线、具动 ?感的梁桥。 ? ? 图3?.4设竖?曲线、具动?感的跨河梁?桥? ? 准?则3.1?7桥梁与 ?环境的协调 ?准则? ? ?桥梁结?构的造型、 ?体量与色彩?等应与周围?环境，如河?流、海洋、 ?湖泊、峡 谷?、房屋建筑?、道路、雕 ?塑、园林、 ?农田、旷野 ?或天空等协 ?调。? ? ?Shape?,outl?ine ?dimens?ion ?and c?olour?of br?idge?struc?ture?must? ? co?ordi n?ate ?with r?ound?envir?onmen?t , s?uch ?as ,

51、 r?iver s? , s?eas ,?lakes? ? ,?vall?eys ,?buil?dings? ,ro?ads ,?stat?ue , ?garden? , f?armla?nd , ? ? wi l?derne?ss or?sky?.? ? ?桥梁造型及?体量与周围?环境协调的?类型有以下?几种：? ? ?当桥梁规模较大、气势宏伟时？突出桥梁之美；? ? ?©当桥梁较小或影响其他重要物体之美时，桥梁顺从他物之美；? ?孑当桥梁与周围景观相当协调时，选择桥梁与他物争奇斗妍。如图3.5所示 的悉尼桁?架拱桥与悉?尼歌剧院之?间的协调； ?图3 . 6所?示的横卧的?延河桥

52、与耸?立的宝 塔之?间的协调。 ? ? 图3?.5美丽?的澳大利亚 ?悉尼港桥及?悉尼歌剧院 ? ? 图3?.6中国?延河桥与宝 ?塔? ? 准?则3.17?是景观?建筑学在桥?梁建筑中的?应用。? ? ?准则3.?18桥?式与地形协?调准则? ? ?桥址形?一般可分为?山区、平原?及城区三种?类型：? ? ?山区常以连绵不断的山脉为背景，其体量与桥梁相比可谓相当大?其向上 天?际轮廓线造?型对人的视?觉诱导力及?动态感很强?，此时，宜?修建拱桥或?吊桥。? ? ?Arch ?brid ?ge an?d susp?ensio?n bri?dge a?re s?uitabl?e for? mou

53、?ntain?distr?ict ? ? .? ? ?平原区地形平坦？通视良好？宜修建梁桥或斜拉桥? ? B?eam br?idge?and c?able-?staye?d bri?dge ?are s?uitabl?e for? plai?n dis?trict? ?孑城区有大量的房屋建筑及公共设施，背景轮廓线有疏有密，有高有低，人？ 流拥挤，车?流多变，环?境较为烦杂?，因此，宜?修建简洁流?畅的梁桥。 ? ? Si?mple ?beam ?bridg?e is s?uita?ble f?or cit?y dis?tric t? .? ? ? 鲜艳、 ?醒目、具跳?动感的台湾?关渡桥，见?

54、图3.7， ?与周围山区?地形相当协? 调，并成为 ?桥址区域景 ?观中的主角 ?。? ? ?图 3.7台?湾关渡桥? ? ?准则3?.19?造型与受力?的关系准则? ?笔者?以为，当跨?度不大时， ?由于桥梁受?力不大，其?造型发挥的?余地就大， ?能 够很好地?供人观赏； ?而当跨度较?大时，由于?桥梁受力较?大，其造型?当以结构受?力合 理为重?心进行选择?，而这种造?型并不是不?美，这是技?术与艺术的?统一。换句 ?话来 说，力?学是选型的 ?依据，几何 ?形态是自然 ?科学规律的 ?艺术表现。 ? ? Sel?ecti?on of ?brid g?e sh?apes ?must ?b

55、e bas?ed o?n reas?onabl?e? ? ?load-?trans?missi?on .? ? 准则?3.20?可靠性准 ?则? ? ?合理的结 ?构应使结构 ?在设计寿命 ?期内安全可 ?靠，即结构 ?的强度、刚 ?度 、稳定 性?及耐久性均 ?应 满足要求 ?。? ? A?reas?onabl?e str?uctur?e must?hav?e eno?ugh st?reng?h,eno?ugh st?iffn e?ss? ? ?,eno?ugh s?tabil?ity ?and en?ough?dura?bilit y? duri?ng t?he ser?vice?.? ?

56、结构的设计 寿命期（service iif? ? ?xpec?ancy?是指在正常设计、正常施工、正常使用和正常养护及维修的条件 下?所规定的结?构使用时间?。? ? 众?所周知，在 ?外荷载和其 ?他因素作用 ?下，结构的 ?每一构件均?会受到不同 ?水平 和不同?种类应力的 ?作用，把这?种应力与根?据材料试验?所得出的材?料强度进行 ?比较， 使前?者乘以一定 ?的安全系数?仍小于后者 ?，这就是强?度设计，其 ?实质是把荷?载因素与 材?料强度因素?进行比较。 ? ?而稳?定问题与强?度问题不同?，所谓结构?或构件失稳?是指荷载因?素在构件中?所 产生的内?力并不很大?，但在与荷?载正交的某?一个方向却?会因偶然的?扰动、偏心?加 载、构件 ?缺陷等原因?产生很大的 ?位移，使结?构或构件失?去正常工作?的能力，这?就叫 结构或?构件失稳， ?其实质是研?究与荷载正?交方向的位?移问题。? ? ?现代轻?质高强建筑?材料（如碳?纤维复合塑?料索及高强?混凝土等） ?的出现及桥? 梁向超大跨 ?方向的发展?，必然使结?构强度与刚?度之间的矛?盾日益突出?。在不增大?构 件横截面 ?面积的前提?下，又要保 ?证结