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桥梁美学论文
浅谈对桥梁的认识
经过一学期桥梁美学的学习，我学习到了很多关于桥梁的知识。
姜老师不仅给我们介绍了关于桥梁美学方面的知识，还介绍了桥梁的发展史﹑桥梁结构方面﹑桥梁施工方面﹑桥梁计算方面的知识甚至还给我们介绍了很多路桥公司的信息，不仅提高了我们对桥梁专业的兴趣，也解除了我们的疑惑，使我们对未来充满信心。
下面我就浅谈一下我对桥梁的认识。
一桥梁的发展史以及桥梁的分类
人类历史上最早的桥也是最原始的桥是自然倒下来的树木，自然形成的石梁或石拱，河流中的石块，岸边生长的藤萝等。
由于这种原始桥不易形成，难以满足人类的需要，所以人类开始有目的地伐木为桥或者堆石﹑架石为桥。
古代桥梁在17世纪以前，一般是用木﹑石材料建造的，并按建桥材料把桥梁分为石桥和木桥。
石桥的主要形式是石拱桥。
中国早在东汉时期（公元25～220年）就出现石拱桥。
现在尚存的赵州桥，建于公元605～617年，净跨径为37米，首创在主拱圈上加小腹拱的空腹式（敞肩式）拱。
中国古代石拱桥拱圈和桥墩一般都比较薄，比较轻巧。
罗马时代，欧洲建造拱桥较多，如公元前200～公元200年间在罗马台伯河建造了8座石拱桥。
此外，出现了许多石拱水道桥，如现存于法国的加尔德引水桥，建于公元前1世纪，此桥分为3层，最下层为7孔，跨径为16～24米。
罗马时代拱桥多为半圆拱，跨径小于25米，桥墩很宽，约为拱跨的三分之一。
11世纪以后，尖拱技术由中东和埃及传到欧洲，欧洲开始出现尖拱桥，如法国在公元1178～1188年建成的阿维尼翁桥，为20孔跨径达34米尖拱桥。
拱桥除圆拱﹑割圆拱外，还有椭圆拱和坦拱。
公元1542～1632年法国建造的皮埃尔桥为七孔不等跨椭圆拱，最大跨径约32米。
当时椭圆拱曾盛行一时。
1567～1569在佛罗伦萨的圣特里尼塔建造了三跨的坦拱桥，其高跨比为1：
7。
石梁桥是石桥的又一形式。
中国陕西省西安附近的灞桥原为石梁桥，建于汉代，距今已有2000多年。
早期木桥多为梁桥，如秦代在渭水上建的渭桥，即为多跨梁式桥。
木梁桥跨径不大，伸臂木桥可以加大跨径。
木拱桥出现较早，公元104年在匈牙利多瑙河建成的特拉杨木拱桥，共有21孔，每孔跨径为36米。
中国西南地区有用竹篾制造的竹索桥。
著名的竹索桥是四川灌县珠浦桥，桥为8孔，最大跨径约60米，总长330余米，建于宋代以前。
古代桥梁基础，在罗马时代开始采用围堰法施工，即打木板桩成围堰，抽水后在其中修筑桥梁基础和桥墩。
1209年建成的英国泰晤士河拱桥，其基础就是用围堰法修筑，但是，那时只能用人工打桩和抽水，基础较浅。
中国11世纪初，著名的洛阳桥在江中遍置石块，其上养殖牡蛎二三年后胶固而成筏形基础，是一个创举。
近代桥梁18世纪铁的生产和铸造，为桥梁提供了新的建造材料。
但铸铁抗冲击性能差，抗拉性能也低，易断裂，并非良好的造桥材料。
19世纪50年代以后，随着酸性转炉炼钢和平炉炼钢技术的发展，钢材成为重要的造桥材料。
钢的抗拉强度大，抗冲击性能好，尤其是19世纪70年代出现钢板和矩形轧制断面钢材，为桥梁的部件在厂内组装创造了条件，使钢材应用日益广泛。
18世纪初，发明了用石灰﹑黏土﹑赤铁矿混合烧而成的水泥。
19世纪50年代，开始采用在混凝土中放置钢筋以弥补水泥抗拉性能差的缺点。
此后，于19世纪70年代建成了钢筋混凝土桥。
近代桥梁建造，促进了桥梁科学理论的兴起和发展。
1857年圣沃南在前人对拱的理论﹑静力学和材料力学研究的基础上，提出了较完整的桥梁理论和扭转理论。
这个时期连续梁和悬臂梁的理论也建立起来。
桥梁桁架分析（如华伦桁架和豪氏桁架的分析方法）也得到解决。
19世纪70年代后经德国人库尔曼﹑英国人兰金和麦克斯韦等人的努力，结构力学获得很大的发展，能够对桥梁各构件在荷载作用下发生的应力进行分析。
这些理论的发展，推动了桁架﹑连续梁和悬臂梁的发展。
19世纪末，弹性拱理论已较完善，促进了拱桥发展。
20世纪20年代土力学的兴起，推动了桥梁基础的理论研究。
近代桥梁按建桥材料划分，除木桥﹑石桥外，还有铁桥﹑钢桥﹑钢筋混凝土桥。
在16世纪前已有木桁架。
桁架桥省掉拱和斜撑构，简化了结构，因而被广泛应用。
由于桁架理论的发展，各种形式桁架木桥相继出现，如普拉特型﹑豪氏型﹑汤氏型等。
由于木结构桥用铁件量很多，不如全用铁经济，因此，19世纪后期木桥逐渐为钢铁桥所代替。
铁桥包括铸铁桥和锻铁桥。
铸铁性脆，宜于受压，不宜受拉，适宜作拱桥建造材料。
世界上第一座铸铁桥是英国科尔布鲁克代尔厂所造的塞文河桥，建于1779年，为半圆拱，由五片拱肋组成，跨径30.7米。
锻铁抗拉性能较铸铁好，19世纪中叶跨径大于60～70米的公路桥都采用锻铁链吊桥。
铁路因吊桥刚度不足而采用桁桥。
19世纪中以后，相继建立起桥梁的定理和结构分析理论，推动了桁架桥的发展，并出现多种形式的桁梁。
但那时对桥梁抗风的认识不足，桥梁一般没有采取防风措施。
1879年12月大风吹倒才建成18个月的阳斯的泰湾铁路锻铁桥，就是由于桥梁没有设置横向连续抗风构。
欧洲第一座铁链吊桥是英国的蒂斯河桥，建于1741年，跨径20米，宽0.63米。
世界上第一座不用铁链而用铁索建造的吊桥，是瑞士的弗里堡桥，建于1830～1834年﹑桥的跨径为233米。
这座桥用2000根铁丝就地放线，悬在塔上，锚固于深18米的锚碇坑中。
1855年，美国建成尼亚加拉瀑布公路铁路两用桥。
这座桥是采用锻铁索和加劲梁的吊桥，跨径为250米。
这些桥的建造，提供了用加劲桁来减弱震动的经验。
1940年，美国建成的华盛顿州塔科玛海峡桥，桥的主跨为853米，边孔为335米，加劲梁高为2.74米，桥宽为11.9米。
这座桥于同年11月7日，在风速仅为67.5公里/小时的情况下，中孔及边孔便相继被风吹垮。
这一事件，促使人们研究空气动力学同桥梁稳定性的关系。
美国密苏里州圣路易市密西西比河的伊兹桥，建于1867～1874年，是早期建造的公路铁路两用无铰钢桁拱桥，跨径为153+158+153米。
这座桥架设时采用悬臂安装的新工艺，拱肋从墩两侧悬出，由墩上临时木排架的吊索拉住，逐节拼接，最后在跨中将两半拱连接。
基础用气压沉箱下沉33米到岩石层。
气压沉箱因没有安全措施，发生119起严重沉箱病，14人死亡。
19世纪末弹性拱理论已逐步完善，促进了20世纪20～30年代修建较大跨钢拱桥，较著名的有﹕纽约的岳门桥，建成于1917年，跨径305米﹔纽约贝永桥，建成于1931年，跨径504米﹔澳大利亚悉尼港桥，建成于1932年，跨径503米。
3座桥均为双铰钢桁拱。
19世纪中期出现了根据力学设计的悬臂梁。
英国人根据中国西藏木悬臂桥式，提出锚跨﹑悬臂和悬跨三部分的组合设想，并于1882～1890年在英国爱丁堡福斯河口建造了铁路悬臂梁桥。
这座桥共有6个悬臂，悬臂长为206米，悬跨长为107米，主跨长为519米。
20世纪初期，悬臂梁桥曾风行一时，如1901～1909年美国建造的纽约昆斯堡桥，是一座中间锚跨为190米﹑悬臂为150和180米﹑无悬跨﹑由铰联结悬臂﹑主跨为300米和360米的悬臂梁桥。
1896年比利时工程师菲伦代尔发明了空腹桁架桥。
比利时曾经造了几座铆接和电焊的空腹桁架桥。
1875～1877年，法国园艺家莫尼埃建造了一座人行钢筋混凝土桥，跨径16米，宽4米。
1890年，德国不莱梅工业展览会上展出了一座跨径40米的人行钢筋混凝土拱桥。
1898年，修建了沙泰尔罗钢筋混凝土拱桥。
这座桥是三铰拱，跨径52米。
桥梁基础施工，在18世纪开始应用井筒，英国在修威斯敏斯特拱桥时，木沉井浮运到桥址后，先用石料装载将其下沉，而后修基础及墩。
1851年，英国在肯特郡的罗切斯特处修建梅德韦桥时，首次采用压缩空气沉箱。
压缩空气沉箱法施工，工人在压缩空气条件下工作，若工作时间长，或从压缩气箱中未经减压室骤然出来，或减压过快，易引起沉箱病。
1845年以后，蒸汽打桩机开始用于桥梁基础施工。
20世纪30年代，预应力混凝土和高强度钢材相继出现，材料塑性理论和极限理论的研究，桥梁振动的研究和空气动力学的研究，以及土力学的研究等获得了重大进展。
从而，为节约桥梁建筑材料，减轻桥重，预计基础下沉深度和确定其承载力提供了科学的依据。
现代桥梁按建桥材料可分为预应力钢筋混凝土桥﹑钢筋混凝土桥和钢桥。
1928年，法国弗雷西内工程师经过20年的研究，用高强钢丝和混凝土制成预应力钢筋混凝土。
这种材料，克服了钢筋混凝土易产生裂纹的缺点，使桥梁可以用悬臂安装法﹑顶推法施工。
随着高强钢丝和高强混凝土的不断发展，预应力钢筋混凝土桥的结构不断改进，跨度不断提高。
预应力钢筋混凝土桥有简支梁桥﹑连续梁桥﹑悬臂梁桥﹑拱桥﹑桁架桥﹑刚架桥﹑斜拉桥等桥型。
简支梁桥的跨径多在50米以下。
连续梁桥如1966年建成的法国奥莱隆桥，是一座预应力混凝土连续梁高架桥，共有26孔，每孔跨径为79米。
1982年建成的美国休斯敦船槽桥，是一座中跨229米的预应力混凝土连续梁高架桥，用平衡悬臂法施工。
悬臂梁桥如1964年联邦德国在柯布伦茨建成的本多夫桥，其主跨为209米﹔桁架桥如1960年建成的联邦德国芒法尔河谷桥，跨径为90+108+90米，是世界上第一座预应力混凝土桁架桥。
1966年苏联建成一座预应力混凝土桁架式连续桥，跨径为106+3×166+106米，用浮运法施工。
1974年建成的法国博诺姆桥，主跨径为186.25米，是目前最大跨径预应力混凝土刚架桥。
预应力钢筋混凝土吊桥是将预应力梁中的预应力钢丝索作为悬索，并同加劲梁构成自锚式体系。
斜拉桥如1962年建成委内瑞拉的马拉开波湖桥。
这座桥为5孔235米连续梁，由悬在A形塔的预应力斜拉索将悬臂梁吊起。
斜拉桥的梁是悬在索形成的多弹性支承上，能减少梁高，且能提高桥的抗风和抗扭转震动性能，并可利用拉索安装主梁，有利于跨越大河，因而应用广泛。
预应力混凝土斜拉桥如1971年利比亚建造的瓦迪库夫桥，主跨径282米﹔钢筋混凝土桥二次世界大战以后，世界上修建了多座较大跨径的钢筋混凝土拱桥，如1963年通车的葡萄牙亚拉达拱桥，跨径为270米，矢高50米。
中国1964年创造钢筋混凝土双曲拱桥。
桥由拱肋和拱波组成，纵向和横向均有曲度，横向也用拱波形式。
拱肋和拱波分段预制，因此可用轻型吊装设施安装。
这样，在缺乏重型运输工具和重型吊装机具下，也可以修建较大跨径拱桥。
第一座试验双曲拱桥，建于中国江苏无锡，跨径为9米。
此后，1972年建成湖南长沙湘江大桥，是一座16孔双曲拱桥，大孔跨径为60米，小孔跨径为50米，总长1250米。
钢筋混凝土桁架拱桥是拱和桁架组合而成的结构，其用料少，重量轻，施工简易。
二次世界大战后，随着强度高﹑韧性好﹑抗疲劳和耐腐蚀性能好的钢材的出现，以及用焊接平钢板和用角钢﹑板钢材等加劲所形成轻而高强的正交异性板桥面的出现，高强度螺栓的应用等，钢桥有很大发展。
钢板梁和箱形钢梁同混凝土相结合的桥型，以及把正交异性板桥面同箱形钢梁相结合的桥型，在大﹑中跨径的桥梁上广泛运用。
1951年联邦德国建成的杜塞尔多夫至诺伊斯桥，是一座正交异性板桥面箱形梁，跨径206米。
1972年意大利建成的斯法拉沙桥，跨径达376米，是目前世界上跨径最大的钢斜腿刚架桥。
1966年英国建成的塞文吊桥，主孔985米。
这座桥根据风洞试验，首次采用梭形正交异性板箱形加劲梁，梁高只有3.05米。
20世纪60年代以后，钢斜拉桥发展起来。
第一座钢斜拉桥是瑞典建成的斯特伦松德海峡桥，建于1956年，跨径为74.7+182.6+74.7米。
这座桥的斜拉索在塔左右各两根，由钢筋混凝土板和焊接钢板梁组合作为纵梁。
1975年法国建成的圣纳泽尔桥，主跨404米。
这座桥的拉索采用密束布置，使节间长度减少，梁高减低，梁高仅3.38米。
目前通过对钢斜拉桥抗风抗震性能的改进，其跨径正在逐渐增大。
钢桥的基础多用大直径桩或薄壁井筒建造。
二对桥梁美学的认识
桥梁美学又称桥梁建筑艺术，为建筑美学的一个分支，桥梁作为公共建筑，其自身的实用性和艺术性极大地影响并改变着人类的生活环境，既是人类宝贵的物质财富，也是重要的精神财富。
桥梁美学是研究以美学的普遍原理、结合桥梁的特殊性质，得出桥梁建筑在设计时应遵循的和在评价中应依据的理论和法则的科学。
桥梁美学所研究的内容范围与桥梁建筑艺术有相互重叠之处，如同美学和艺术两者的关系一样。
桥梁建筑艺术是桥梁美学的表现。
桥梁美学作为建筑美学的一个分支，具有独特的艺术特性。
首先它是工程技术与艺术结合的产物，另外桥梁建筑是结构外露的空间实体。
外露构件既是景观重点，也是美学处理上的难点。
桥梁作为水平方向单维突出的结构物，应注意协调长宽高比例，改善视觉印象。
桥梁建筑美的基本要素包括以下几点：
1，统一和谐：
包括结构体系、形态统一和体量上的协调。
2，均衡稳定：
包括对称均衡和非对称均衡。
对称均衡符合人的生理要求与心理习惯，但极易造成浪费和呆滞。
非对称结构动态感强，但需在力学和视觉上保持均衡，否则会引起混乱和不安定感。
3，比例协调：
包括总体或局部的规模、尺寸协调，应以其固有的结构关系和力学原理为前提。
4，韵律优美：
主要通过连续、渐变、起伏、交错等表现手法，来获得韵味和情趣。
5，连续流畅：
对桥梁正视时，水平方向呈直线或曲线延伸，从桥的一端连续流畅地到达彼端。
另外，还需注意与周围环境协调，重视历史的连续性和文脉的完整性。
对于不同的桥型，桥梁的美学的要求也是不同的。
梁式桥：
其特点是水平方向单维突出，具有很强的沿水平方向左右伸展的力动感与穿越感。
主梁要求纤细轻巧、连续流畅，主梁顶面尽量与底面平衡。
桥墩在考虑荷载等因素的前提下应尽可能数量少、形态统一。
城市高架桥要避免墩高、量多，注意梁底处理，使桥下空间明亮而舒畅。
桥台应能充分体现其功能及存在感，与上部结构相协调，与地基相结合，适当增大梁下空间。
拱式桥：
在主拱形态的选择上，小跨径拱桥多采用圆弧拱，外观动感强烈。
大中跨径拱桥普遍采用抛物线拱和悬链线拱，外观趋向自然和谐。
注意协调主拱与桥面的相对位置，以及梁和拱相交处的处理，要求力线明确，尽可能轻盈。
桥台尽可能减轻体量感，或采取使其隐蔽的方式，避免与轻盈的拱线不协调，桥墩注意与桥台、拱相协调，结合处简洁流畅。
刚构桥：
主要由直线形态构成，力线明确，富于动感与轻快感，美学设计要点在于比例尺度，构件断面的变化及构件搭配的协调得当。
斜腿钢构的斜腿从底脚到梁，断面由小到大，与梁衔接处应柔顺，梁底缘线可采用微弯曲线增加柔顺感。
其他形态如门式刚构、T型刚构和连续刚构等，注意比例恰当、墩形新颖，避免过分简洁造成呆板单调。
悬索桥：
目前能达到最大跨径的桥型，具有很强的跨越感，刚柔并济，宏伟壮观，具有广泛的社会性。
主构要素间的均衡和谐，包括垂跨比、加劲梁、桥塔、主缆的形状尺度及跨径分割与吊桥的力学性能等，都需在保证力学结构的前提下协调。
斜拉桥：
设计要点在于整体比例与尺度和谐、塔的形状、索的疏密及配置方式、梁的纤细等。
整体均衡稳定须考虑跨径分割比和梁高与中跨、塔高与中跨之比，力求简洁连续。
主梁要尽可能简洁，通常采用水平直线，或采用纵向竖曲线，以避免大跨径梁的下垂感，主塔要求使桥面空间流畅，无压抑感，外观简洁，视野良好。
塔柱断面直角处宜改为圆弧面，使塔在无光影效果下更显柔和，也利于抗风稳定。
拉索的配置力求与主塔、梁一起形成简洁、稳定的几何构图，尽量隐藏拉索锚具，或通过涂装进行掩遮和美化，减少外露的繁杂感。
在桥梁的色彩设计中，既要考虑与周围环境相协调，又要注意协调与桥梁本身的规模、形态，保证自身构件配色的统一和谐。
配色时同时注意安全色的应用。
另外，需考虑架桥地域的风土人情及气候等对色彩的影响。
如寒冷地方宜用暖色、炎热的南方宜用冷色等。
桥梁材质主要以混凝土、钢材为主，部分构件可用到铝合金、玻璃钢或其他合成材料。
桥梁随材料及其断面组成和拼装方法不同，会出现雄健强劲或纤柔轻巧的不同形态。
应根据需要淡化或突出材质感。
由以上的美学设计要点可以看出，现代桥梁建筑应该表现出积极的、正面的、另人精神振奋的格调，体现出良好的民族与时代的风格。
现代社会处于高科技时代，现代化的交通、通信设施造成了现代人干练、明确、快捷的工作作风与生活节奏，在审美观上也受到相应影响。
因此，现代桥梁建筑应体现出工程建筑与社会生产力及社会思想意识的同步发展，体现出简洁明快、轻巧纤细、连续流畅的美学特征。
三对于部分问题的思考
在学习桥梁美学的过程中，我也思考了一些自己没能理解的问题。
其中之一就是关于斜拉桥的拉索问题。
所谓斜拉桥，就是将桥梁用斜拉索固定在桥塔上的一种桥梁，主要依靠梁的弯曲、拉索的拉伸、桥塔的受压来承受桥梁上的荷载。
因此，斜拉索显得尤为重要，在斜拉索与主塔的连接处必须固定稳固，否则一根斜拉索的脱节必然会引起整个桥梁的失稳破坏。
而且，主塔也会受到斜拉索的拉力而因局部拉力过大极易变形破坏。
所以我想到将斜拉索整根穿过主塔而不与主塔连接，这样的话，不必担心斜拉索与主塔连接处脱节和主塔受拉过度的问题，主塔只需要承受压力即可。
既然要将斜拉索穿过主塔，则必然需要在主塔上穿孔，然后使斜拉索从一端穿过连接到另一端，所以在穿过主塔的弯曲处，斜拉索就应该使用柔性大且抗拉的材料制成，而且拉索连接方式最好采用竖琴式或者扇式，以防止开孔过大。
同时如果主塔过高的话，斜拉索与主塔的角度过小，就会对主塔产生较大的斜压力，所以主塔不应该过高，且可以选择建造倒Y型主塔。
如果需要较大的跨径，则只能建造多个矮塔，这样能加强斜拉桥的稳定性，增强斜拉桥的抗风性和抗震能力，同时也较为美观,但是相比普通的斜拉桥成本较高、不够经济。
矮塔可以分两种类型，在有地基的地方可以建造得刚度大一些，重一些，来支撑梁体。
主梁体中间可以以主梁为基体建造一些辅助型的，重量不大的矮塔，连接一些斜拉索，来辅助桥梁增加稳定度，这样也可以增加跨径，但这种矮塔质量不能太大，而且与梁体的接触面应该增大，否则会造成梁体集中荷载过大，使桥体失稳。
因为这种矮塔主要承受压力，所以可以用钢材制造，以减轻重量。
或者采用混凝土建造，以节省资金。
以上即为我在学习桥梁美学之后由斜拉桥斜拉索连接的问题而产生的疑问以及自己思考的解决方法，因为我还未学习到较为全面的桥梁设计知识，所以想法可能存在较多的错误与不足，望老师能加以指正与教导。
学习了桥梁美学这门课程之后，使我增加了对桥梁的认识以及兴趣，坚定了自己成为一个优秀建桥人的信念。
二十一世纪是中国大国崛起的世纪，作为未来基础交通设施建设人的我们，肩负着巨大的责任。
我们一定不负祖国的期望，努力学好知识，成为合格的交通建设接班人。
2107100114
王凯华
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