图1 大同市北环路御河桥
大型城市桥梁与民众朝夕相处而引人瞩目，将幽美造型与桥梁构造设计有机结合起来是广大桥梁工程师面临的重大课题，个中钢与组合构造桥梁发挥着越来越主要的浸染。本文环绕拱桥、斜拉桥、悬索桥、梁桥等基本桥型，以6座大型城市桥梁为例，先容了其简洁、大气的造型特色以及相应的桥梁构造设计，展示了钢与组合构造的多重运用创新。
审美功能是桥梁的基本属性
桥梁是超过障碍的构筑物，交通功能是桥梁的第一属性。同时，桥梁是自带标志性的构筑物，承载着人类的历史与文化。可以说，自古以来，审美功能也是桥梁的基本属性。例如，位于四川泸州的龙脑桥是建筑于明洪武年间（1368至1398年）的石墩石梁式平桥，与桥墩十全十美的龙、兽群雕表示了精美的石刻艺术，在全国古桥中确属罕见，充分表示了交通功能与审美功能的统一。
都雅一贯是桥梁培植的基本原则之一。《公路桥涵设计通用规范》（JTJ021-89）第1.1.2条规定：“公路桥涵应根据所在公路的利用任务、性子和将来的发展须要，按照适用、经济、安全、都雅的原则进行设计……”《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2015）第1.0.1条规定：“为规范公路桥涵设计，按照安全、耐久、适用、环保、经济、都雅的原则，制订本规范”。两本规范韶光相差26年，我国的经济发展水平有了寰宇之别，但“都雅”一贯有其一席之地，可见“都雅”原则对付桥梁培植的主要意义。
城市桥梁有更高的都雅哀求
谈到桥梁审美，离不开审美主体——不雅观众。一座桥梁被谁看？对付同一个人，一年能看到几次？在哪里看？看得见吗？这涉及不雅观众来源、不雅观众人数、不雅观看频次、不雅观桥间隔（近看或远看）、不雅观桥视角（桥上或桥下）、不雅观桥韶光（日景或夜景）。显然，城市桥梁尤其是位于城市核心区域的桥梁，拥有最多的不雅观众、最多的不雅观看次数、最微不雅观的间隔、最全面的视角、最丰富的夜景变革。城市桥梁已然是城市生活的一部分，为相应公民群众对美好生活的神往，在美化城市方面，城市桥梁是当仁不让的。比如，2010年上海世博会支配在南浦大桥与卢浦大桥之间，这两座超过黄浦江的桥梁成为了视角焦点。
狭义的城市桥梁是指位于城市道路上的桥梁。随着我国经济发展以及城乡差别的缩小，越来越多的公路（高铁）桥梁建筑在城镇区域，城市与城镇的显著特点便是人群聚拢，势必增加行人与非机动车过桥的需求。从桥梁不雅观众的角度，设置了人行道或非机动车道的桥梁，在长达百年的韶光内存在海量的不雅观赏次数，广义上均可称为城市桥梁。
桥梁景不雅观的核心是构造造型
桥梁是狭长形的构筑物，体量巨大，不同形态与力线的构造有机组合在一起便是天然的景不雅观。因此，桥梁景不雅观的核心是桥梁构造造型。一座美的桥梁不但要与周边自然环境及当地人文历史相领悟，桥梁自身更要表示天然之美——构造美，桥梁美的灵魂是构造之美。
本文以6座大型城市桥梁为例，阐述其建筑造型与构造设计创新，这些案例包括了拱桥、斜拉桥、悬索桥、梁桥等基本桥型。
拱桥
1.大同市北环路御河桥
大同市北环路是连接古城区和御东新城区的紧张道路，方案为城市主干路，地震基本烈度为7度，采取“8快2慢”支配，单侧人非混行道宽度4.5m。主桥采取跨径支配为（28+70+130+28）=256m的四跨连续拱梁协作体系（图1、2），标准宽度48m，个中主跨采取两跨空间三角形拱桥。
图2
大桥采取拱梁固结体系，中墩为拱墩固结，拱肋为六边形钢箱断面，主梁为双边钢箱断面，梁高为2.5m。拱肋内倾角度73.84度，桥面以上大拱高度约54.8m，小拱高度约15.8m，大小拱交叉处拱脚至桥面高度为12.2m。
方案构思以大同市五岳中的北岳恒山主峰——天峰岭与翠屏峰为造型元素，借助恒山主峰的东西两峰对望，高低相伴，与御河交相照映，谓之“山水拱桥”。大拱在拱顶自然形成交汇，小拱则不设风撑，变革有序。
处理好造型和构造受力之间的关系是本工程的难点。通过对多种体系方案进行综合比选，末了采取拱梁固结的空间异形三角形拱梁协作体系。三角拱所有吊杆锚固于拱的顶端，所有吊杆力的协力与两根直杆的轴向压力形成平衡的三分力，构造合理，传力路径明确。本桥设计采取钢梁兼作系杆来平衡拱肋产生的水平推力，并通过拱梁固结形式，以平衡大小拱肋产生的不平衡水平力，整体构造对主墩根本基本不输出水平推力，有效降落了根本规模。
2.玉环市西梵衲大桥
西梵衲大桥位于浙江省玉环市，超过西梵衲海疆。2019年3月，经玉环公民的投票评比，表示玉环特色的“文旦”桥型方案以其独特创意和美好寓意脱颖而出（图3）。大桥于2018年开始方案设计，现正在施工中。
图3
桥型方案以“玉带环飘、文旦个中”为设计主题（图4），简洁、优雅、流畅的拱肋呈现玉带飞舞，照映水面，交互成环；扭绞式支配的空间索面隐含“文旦”抽象造型，表示了地方特色（外不雅观设计专利）。
图4
桥址百年一遇基本风速达到55.4m/s，常年受台风打击4～6次。因此，主桥采取（100+150+100）=350m三跨连续支配、单钢箱拱肋、整体组合钢箱梁（宽38.5m、高3.8m），通过改进构造气动形状、合理增加自重以提高桥梁抗风性能。拱肋为空间三维曲面，主梁吊索支配采取空间网状索面，存在以下二维设计很难准确表达的难点：（1）板件双向波折和扭曲问题；（2）拱脚空间平面交汇过渡问题；（3）网状吊索空间碰撞问题；（4）锚箱放样及张拉空间检讨。为此开展了从方案、初步设计，到施工图全过程BIM正向设计（图5）。对付海内首次运用的扭绞式吊索新型支配办法，开展了合理吊索力研究以最大程度发挥其浸染。
图5
3.太原市晋阳大桥
晋阳大桥位于太原市南部新城，西临晋阳古城，东接太原综改区，超过约400m宽汾河，地震基本烈度为8度。
由于地处历史厚重之地——晋阳古城，主桥采取单跨204m简支下承式钢桁架拱桥，主桥两侧对称支配古典式桥头堡，与拱桥融为一体，相得益彰，有机形成了整体性古典风格，但不失落当代感的大型桥梁景不雅观，实现了“长虹卧波，融贯古今”的建筑造型构思（图6、7）。
图6
图7
拱肋为全桥设计特色，分为高下弦拱，高下弦拱间采取X形腹杆，上弦拱矢高48.5m，下弦拱矢高42m，下弦拱矢跨比为1/4.76。跨中处主拱桁架高度6.5m，支点处为16m。高下弦拱均采取钢箱断面，高度为1.5m～2.5m，宽度为2.0m，墩顶竖直腹杆采取箱形断面，其他腹杆均采取工字形断面。桥面系钢梁为纵横梁格体系加正交异性桥面板，断面高度2.5m。为减小地震浸染，桥头堡采取“钢+混凝土”稠浊构造、辅以干挂石材装饰的方案（图8）。
图8
本桥设计其余一个亮点是精心打磨细节，通过小造型、建筑小品等多种元素的点缀，进一步强化建筑风格，彰显地域文化，丰富桥梁景不雅观。比如，菊花是太原市花，在主拱桁架X形腹杆上装饰金色涂层的铸钢菊花图案，起到画龙点睛之用；主拱桁架上檐采取了弧形的装饰构造，是对菊花花瓣元素的进一步重复，视觉上形成的一座座拱门显著增加了大桥的灵动感，拱门元素来源于太原的另一处历史文化遗产——天龙山石窟。
斜拉桥
太原市摄乐大桥
太原市摄乐大桥，位于太原市北部超过汾河，主桥采取跨径支配（30+150+150+30）=360m独塔空间扭索面漂浮体系斜拉桥（图9）。
图9
据《周礼》《汉书·地理志上》记载，并州为九州之一，包括山西太原等地。《说文解字》：并，相从也。一曰从持二为并。桥塔造型构思取自古字“并”，两片塔柱向上合在一起，即无横梁“并之塔”。由于桥下净空高度较小，取消了下横梁，整体造型简洁大气，塔柱宽度大幅变革令人印象深刻，辅之于空间扭索面支配，更加突显了桥塔的挺立，也授予了全桥向上的动感。
塔柱宽度大幅变革是本桥景不雅观亮点，也是设计难点。为适应地震基本烈度8度的情形，塔柱采取“钢+混凝土”稠浊构造，利用汾河蓄水环境对阻水率哀求不高的有利条件，桥面以下采取了最大宽度达19.4m的钢筋混凝土构造，知足了无下横梁条件下的抗震受力哀求，奥妙实现了造型与构造受力的统一。塔柱断面纵桥向尺寸在4.5～19.4m之间变革，横桥向尺寸桥面以上为4.5m、桥面以下渐变至5.5m。塔柱外侧为两个斜率不变的斜面，形成稳定的视角线；内侧为椭圆拟合，实为空间弯扭面，通过短轴不变、长轴的线性变革实现塔柱变断面，也是钢构造设计难点。
无横梁桥塔设计与空间扭索面全漂浮体系相结合，取消桥塔横梁支座，扭索面支配使塔区索代替支座发挥了零号索的浸染，提高全桥的总体刚度（图10）；由于本桥跨度不大，斜拉索仅采取一种规格，显著简化了设计与施工；钢塔柱与混凝土下塔柱间采取双层端板承压的办法进行连接；空间扭索面角度变革较大，锚固成为钢构造设计难点；主梁采取双边箱梁钢构造及UHPC钢桥面铺装，是我海内较早的UHPC运用实践……以上均为本桥设计特色。
图10
悬索桥
太原市通达大桥
太原市通达大桥，主桥跨径支配为(36+133+208+39）=416m的独塔空间缆全漂浮体系自锚式悬索桥（图11）。无下横梁拱形桥塔创新采取“钢构造+组合构造”的复合构造，塔高约123.4m，主梁采取“钢构造+混凝土构造（锚跨）”的稠浊梁。大桥于2019年建成。
图11
大桥造型设计理念取意“时期之门”（图12），桥塔由多重曲线形拱门组成，简约又稳定。桥塔侧立面从上到下采取了贯穿式的凹槽处理，避免了塔柱大面积的呆板感，也为景不雅观灯带提高了便利的安顿空间，在夜景灯光陪衬下凸显了桥塔的门式造型。塔柱采取八边形断面，横桥向尺寸从塔底7m渐变到塔顶24m，纵桥向尺寸从塔底9.58m渐变到塔顶3m，通过这些渐变处理，桥塔十全十美，挺立、宏伟又不失落灵气。
图12
海内首次运用的复合桥塔与高烈度抗震是本桥设计的亮点与难点，因此开展了系列课题研究：①通过“钢构造塔柱—组合构造塔柱—混凝土承台”的逐级过渡，以及繁芜钢构造与关键节点的风雅化设计，实现了“钢构造+组合构造”的大尺寸、多边形断面、无下横梁拱形复合桥塔的新颖构造形式（图13）；②通过抗震体系的多方案比较，终极纵桥向采取铅芯橡胶支座+黏滞阻尼器减隔震体系，横桥向采取低弹模超高阻尼橡胶支座+黏滞阻尼器减隔震体系，兼顾了静力工况与地震工况的受力平衡，同时创新采取了兼具限位、抗风、抗震功能的侧向低弹模超高阻尼橡胶支座，通过调度支座刚度实现了“主动掌握”的目的；③利用高烈度区桥墩自身强大的构造抗力，实现了大跨度自锚式悬索桥“梁缆同步施工”，缩短了工期。
图13
梁桥
江西新干县赣江二桥
江西新干县赣江二桥位于新干县城区超过宽度约1000m的赣江，通航标准II-（3）级，通航净空2×134.92×10m（双孔单向），线路等级为双向4车道一级公路兼顾城市道路功能，每侧设置了宽3.0m非机动车道与宽1.75m人行道，桥梁宽度为28.5m。主桥采取（85+150+150+85）=470m预应力混凝土连续梁（图14），双幅支配，充分考虑大跨混凝土梁桥开裂下挠问题，支点梁高9.5m，跨中梁高4.0m。
图14
梁式桥由于桥面以上没有构造，景不雅观略显平淡，但由于本桥处于城区，业主对景不雅观的哀求较高。本桥的通航净高只有10m，如果考虑从下部构造入手，提升桥梁景不雅观的创作空间非常有限。
结合船撞设计哀求，将两幅分离式桥梁的下部构造合并，采取整体式桥墩与承台，成倍提高桥墩防撞能力。同时一改常规直立式板墩，倾斜的墩柱更加富有变革。但这些还不敷以形成“面前一亮”的效果，进一步创新采取“墩梁整体化”的造型设计手腕，将桥墩造型从承台延续至桥面，在常水位以年夜将桥墩侧立面高度从约14.8m提高到约25.8m，桥墩两侧的主梁也适当增设线条变革以合营桥墩造型，在桥墩两侧的弧形托盘之上刚好设置桥面不雅观景平台，也带来了桥梁平面现状的变革。本桥的造型设计为主体构造的自然延伸，属于附属构造的范围，增加的造价也非常有限。
在水面千米级宽度的赣江之上，本桥造型设计上的创新，依然打造了有足够体量、岸边与船上不雅观众能感想熏染到的特色景不雅观效果，不失落为梁式桥造型设计的新思路。
结语
桥梁常处咽喉要冲之地，桥梁是土木工程皇冠上的明珠，建筑一座桥梁从古到今都是激动民气的事情，社会对美好生活的神往对城市桥梁景不雅观提出了更高的哀求。培植更多、更美的桥梁是广大桥梁家当职员的共同心愿与任务！
如本文先容的桥梁案例，主跨跨径100～300m城市桥梁的造型创作可以极富变革，该当重视宏不雅观、微不雅观两个方面：以主体构造实现造型，表示构造本身的美，将简洁、幽美造型与构造设计有机结合起来，经济合理培植俏丽城市桥梁是宏不雅观上的哀求；在线条、纹理、色彩、建筑小品等多方面看重丰富美感，与宏不雅观雷同一，是锦上添花的微不雅观方面。
为更好从构造设计上实现桥梁造型，须要创新运用钢构造、组合构造、稠浊构造、复合构造、繁芜弯扭构造等多种构造形式，钢与组合构造的创新运用空间是广阔的。
本文刊载 / 《桥梁》杂志 2023年 第4期 总第114期
作者 / 邓青儿
作者单位 / 同济大学建筑设计研究院（集团）有限公司
