桥梁可以如此美丽
20世纪初以来,各种桥梁的设计一直是被托付给路桥结构工程师来设计,普通建筑师退避三舍好像已成习惯,但自从有了卡拉特拉瓦,全世界的建筑师们才忽然发现了新的课题,90年代前后爆发了对桥梁进行建筑设计的热潮。卡拉特拉瓦是建筑师当中设计桥梁的领先者,尤其是在他的国家西班牙,他留下了很多形态各异的桥。
1984年,巴塞罗那成功申办奥运会之后,决定重修这座Bach de Roda大桥。卡拉特拉瓦独特的双拱拉索设计,让该桥从很远的地方就能被识别,并成为该城市的一个标志性建筑。
西班牙巴塞罗那 Bach de Roda大桥
之后,他一发不可收拾,接连设计出阿拉米罗大桥、卢斯坦尼亚大桥、拉德维萨人行桥等一系列桥梁,并赢得了桥梁大师的美誉。
1992年,塞维利亚市举办世界博览会,在市内及周边地区进行了大规模的基础设施建设。Meandro San Jeronimo河上的阿拉米罗大桥就是那次建设的一部分。
大桥全长200m,由13对钢索斜拉固定在142m高的谢桥塔上,桥塔与地平成58度角;桥塔的结构是填充了混凝土的钢筒。由于桥塔的重量足以平衡桥面,一般斜拉桥中常用的后牵索在这里就不需要了。桥塔的内部有一部通往塔顶的楼梯。桥塔建造时,先用重型起重机将钢筒分段吊装上去,焊牢后再填充钢筋混凝土。桥面以六边形钢制箱梁作为主脊,拉索就固定在主脊上。
从主脊上向两侧悬挑出的两个翼缘,成为步行道和自行车道的桥面。它的路面宽3.75m,比机动车道高出1.6m左右。箱形和翼缘与悬索连接之前,通过连续的脚手架支撑在干枯的河床上。
西班牙 塞维利亚 阿拉米罗桥
阿拉米罗大桥的设计创造了一种新型的斜拉桥。用倾斜桥塔的自重来代替后牵索,在桥塔与桥面之间建立起一种平衡的对话关系。这个概念可以追溯到1986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。
受西班牙巴塞罗那皮利牛斯省Ripoll镇的委托,卡拉特拉瓦于1989年开始设计拉德维萨人行桥,1990年8月开工,1991年6月竣工。该桥跨度为44m,两岸高差为5米,将拉德维萨地区和镇火车站连接了起来。这个设计,卡拉特拉瓦沿用了巴黎Gentil大桥工程的结构理念:使用设置在桥弓平面上的钢制拉力臂来平衡人行桥的荷载。
西班牙 巴塞罗那 拉德维萨人行桥
位于西班牙毕尔巴鄂的沃兰汀步行桥,很多游客宁愿选择从桥上经过到美术馆。单拱双侧斜拉索与玻璃桥面,让这座桥与附近的毕尔巴鄂美术馆交相辉映,形成了一道亮丽的风景。
西班牙 毕尔巴鄂 沃兰汀步行桥
奥伦塞千禧桥(Puente del Milenio en Ourense)如果单从结构上来看似乎没有什么值得夸奖的地方,但是如果将桥上叶片状环形观光步梯与桥梁有机结合起来,观察结构与结构的组合还是值得“到此一游”,充当桥梁建筑与结构的谈资。
奥伦赛千禧桥位于西班牙圣地亚哥附近奥伦塞,建于2001年,故此得名。它跨越米尼奥河(Rio Miño)。设计者为西班牙著名的创新建筑师圣地亚哥·卡拉特拉瓦(Santiago Calatrava)。桥梁长275米,宽23米,四车道,两边设置了人行道,最外侧架立起环形步梯。
西班牙 圣地亚哥 奥伦塞千禧桥(Puente del Milenio en Ourense)
大桥主体结构为单索面斜塔斜拉桥,主梁为等截面预应力箱形曲梁,索塔与桥墩铰接-这样能很好地适应曲梁在温度变化情况下自由伸缩,而不至于产生塔与桥墩结合处过大剪力。这是奥伦赛千禧桥的第一个特点。
第二个特点就是设计者的大胆而浪漫的步梯设计。一座小跨度的斜拉桥在普通不过了,然而在叶片状环形步梯的环抱下变得锦上添花、画龙点睛了。环形步梯在提供观光浏览功能的同时也给喜好浪漫和富于幻想的西方人营造一个壮丽的城市景观,给人强烈的视觉冲击力。 第三个特点就是主梁跨中处的张弦梁(Beam String Structure)结构的加劲,这也是我们在桥梁加固上常用的技术手段之一。为了支撑环形步梯的荷载,设计者在预应力箱形梁跨中一定的范围内利用张弦梁加劲原理加强了梁体结构,这样做的好处就是能提高桥梁的跨越能力,为跨中的连续箱梁提供了众多的弹性支撑,同时便于梁体与步梯的连接,形成一体。也正是因为步梯的支撑需要,两个斜主塔做得矮肥粗大,用较大的刚度来承载步梯与行人的重量。
第四个特点也是最为美妙的地方,那就是斜拉索作为张弦梁的预应力体外索。仔细的观察你会发现桥梁中间的斜拉索延长到了箱梁下缘,作为预应力体外索形成了张弦梁的下弦拉杆了,在十三个撑杆的支撑下形成了美丽的鱼腹。这真是独具匠心的设计,美妙的构思!
纵观卡拉特拉瓦设计的桥梁,平坦的桥面下并无桥墩作为支撑,那么究竟是什么能够承载起沉重的桥面?这些桥为何都无一例外地有着拱和斜拉索的造型?我们来看看叶片的结构。叶片上的脉络均匀而有序地分布,让叶片拥有了一个宽大的自然结构,这种结构,让叶片稳固而不易受到自然界外力的影响。卡拉特拉瓦从植物的叶脉中找到了能够支撑桥梁的灵感。拱象征着叶子的边,而斜拉索则象征着叶片上的脉络。这种仿生学的设计,让卡拉特拉瓦屡试不爽。
圣地亚哥·卡拉特拉瓦(Santiago Calatrava)出生在西班牙巴伦西亚附近的Benimamet,在巴伦西亚修完建筑与城市设计专业以后,于1979年获得了瑞士苏黎世联邦工学院的结构工程博士学位,随后留校任教,并开始参加建筑设计竞赛。最初他所做的实际项目多是火车站、机场和桥梁这一类东西,好像和交通问题结下了不解之缘。他设计的桥梁以纯粹结构形成的优雅动态而举世闻名,展现出技术理性所能呈现的逻辑的美,而又仿佛超越了地心引力和结构法则的束缚。有的时候,他的设计难免会让人想起外星来客,极其突兀的技术美似乎全然出乎地球人的常规预料。
圣地亚哥·卡拉特拉瓦(Santiago Calatrava)作品集
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引人注目的埃拉斯穆斯(Erasmus)桥梁自1996年落成起就成为世人赞美的目标。
年轻的阿姆斯特丹建筑师Ben van Berkel突破了单纯功能建筑的想法,用这座桥梁创造出了建筑史上的艺术品。这座斜拉索桥连接着鹿特丹城市的北部和南部的Kop
van Zuid,以美妙的姿态跨越了2,600英尺的距离。钢索悬挂在塔门上,弯曲着抵抗拉力,支持着桥身。这座建筑物拥有许多别名,其中一个就是“天鹅桥”,因为它横跨水面的姿态十分优雅,造型像是一只优雅的天鹅颈。天鹅桥不仅是世界上最长的斜拉索桥,也是荷兰最高的桥。其造价仅为1.65亿欧元。Erasmus桥超越了传统桥梁建筑的概念,雪白的桥身、简洁俐落的造型,使它马上获得鹿特丹人的喜爱,进而成为鹿特丹的市标。
天鹅桥乃是一个经过严密包套设计的建筑,将建筑架构、都市居民的生活方式、基础设施、以及公众功能都结合成一个超简单易理解的建筑物,广及桥周边的游船码头、停车场等,都是整体设计案的一部分。 以一根139公尺高的水泥柱支撑,不对称的设计,让天鹅桥突出于一般人对于桥的想像,而夜晚的灯光照明设计,更强调此桥不只是个建物,更是一个都市艺术品。
荷兰 鹿特丹Erasmus Bridge
上个世纪的1977年,林同炎先生和他的搭档D. Allan Firmage设计了跨越美利坚河(The American River )奥本坝库区的斜拉桥方案,取名为Ruck-A-Chucky Bridge(简称Ruck桥)。
Ruck桥位于距加里福利亚(California)10英里的奥本坝水库上。桥梁设计参照了美国桥梁设计规范AASHTO。桥梁长度1300英尺,主梁方案为钢箱曲梁和钢混曲梁,曲率半径457.20米;众多的钢拉索组成了空间双曲面索面,四个索面的拉力代替了桥梁墩台,承载了整个桥梁的荷载,所以全桥没有一个桥墩;拉索按照曲线的布置规律地锚固在两边上坡上,利用两边山体的岩石自重及岩体地质特性来充当强大的地锚结构,以此来平衡桥梁的荷载。
按照今天的环保观点来看,当年Ruck桥很好的利用了地形。在公路的回头弯上布置了一座没有桥墩的桥梁,最大限度的保护了自然生态,在保证行车功能与安全的前提下,独特的几何造型与自然环境恰好地融为一体,不能不说是一种巧夺天工创举。Ruck桥曾在1979年赢得Progressive Architecture的设计首奖。虽然最后未能付诸于工程,该桥一直被公认为力学与美学结合的典范作品,而被称为“最著名的未建成的桥梁”。
美国 加州 Ruck-A-Chucky Bridge
Ruck桥的结构是斜拉曲线梁,中间设置了铰,这样有益于控制温度及拉索变化而导致的内力变化。这种结构的桥梁有一些类似西班牙的诺拉桥(主跨440米斜拉桥)和中国郧阳汉江大桥(主跨414米斜拉桥),它们共同的特点就是在桥梁主梁跨中设置了铰,因此在桥梁中间有一道伸缩缝。所不同的是后两座桥为直线桥,而Ruck桥为曲线桥,从结构受力与稳定的角度来看更显复杂。
从桥梁平面来看,跨中的铰节点与桥梁两端的支撑构成了单铰拱结构,而密集的拉索形成了对拱结构的弹性支撑,从而增大了桥梁的抗风及抗震能力。不过,由于桥梁中间的铰的存在也会降低行车的舒适性,给铰伸缩缝的维护工作带来一些困难。
遗憾的是由于各种原因,Ruck桥没有实施,但是这些设计上的思想与技术已被用于后续的桥梁上了,并在已经建成的工程中得以证明技术的可靠与可行。这些技术包括岩石锚固,后张预应力,空间索面,悬臂施工,正交异性板,抗震及风震的动态分析,风力风洞试验,负载平衡,应力控制和计算机仿真分析等。
中国南宁大桥桥型由已故美籍华人、国际著名桥梁设计大师林同炎先生创意设计。世界桥型首创的大跨度、曲线梁、非对称、外倾式钢箱拱。桥形如一只线条优美的玉簪,两个扭转向上的弧圈构成桥拱,桥身从中飞架而过,极富艺术美感。
中国 南宁大桥
千禧桥是伦敦旅游的必去景点。
为了迎接千禧年,英国政府特别做了两个设计,一是伦敦眼,另一个就是千禧桥。这座桥在2000年6月10日正式落成启用,却在三天之後就关闭,禁止通行。 对於一位得过普立兹克大奖,世界知名且在英国封爵的著名建筑师Norman Foster而言,简直是奇耻大辱;但Foster接受现实,在电视上向全英国民众道歉,并开始寻找失败原因。
英国 伦敦 千禧桥 究竟千禧桥为何被关闭呢?
Foster在构思这座桥时,请了一位艺术家设计造型。艺术家美感当然没话说,但建筑可不是画画图就好。从设计图到实际建筑,必须通过营造的结构、力学„等一系列的问题。
Foster尊重艺术家的创意,没有更改设计,只好在力学上费心。这桥虽然是座吊桥,却没有一般由上而下拉出一堆钢筋支撑的悬梁系统,仅以两座桥墩为支点,支撑的钢筋和桥身平行。少了蛛网般的悬吊钢筋,千禧桥外型看起来俐落简洁,加上材质的色泽,更显其代表未来的科技感。
造型取胜的千禧桥,是伦敦第一座为行人设计的桥梁,也是1894年伦敦塔桥开桥後,百年来第一座横跨泰晤士河的新桥,从设计到建造,吸引全英国民众的目光。建设过程,媒体不断追逐Foster询问相关细节,Foster也以能参与这项具有跨世纪历史意义的工程为傲,因此常在萤幕上侃侃而谈。
在媒体的大肆报导下,英国民众对千禧桥简直是虎视眈眈。
就因为这样,种下千禧桥一开桥就遭封闭的命运。
开桥那天,这座总长仅320公尺的桥一下子涌进约二万多人(想像那画面),出乎意料的人潮让千禧桥设计上的缺失原形毕露。
原来,过多的人潮在行进间会造成一种重力的共振效果,导致桥面晃动。根据分析,当时桥上的人为保持身体平衡,会下意识朝反方向摆动身体,这个动作与摇晃同步,因此更扩大晃动的效应。所以,当成千上万的民众同时挤上期待已久的千禧桥时,剧烈摇晃的惊恐取代了原本的惊喜。
舆论掀起批判声浪,当局决定封桥,Foster也上电视致歉,并承诺找出原因改进。
这一封桥,就封了一年多。
在2002年2月21日重新开桥前,Foster与工程团队旷日费时研究如何在不改设计的情况下,解决防震问题。Foster研究了许多材料,最後找上NASA(美国国家航太局)用於太空梭的避震材料,才解决了千禧桥的问题。
於是乎,这座造价1820万英镑的桥,在追加约500万镑的整修费和装置了90个避震器之後,重返民众怀抱。
中国宁波的外滩大桥桥塔倾斜成 “人”字形,寓意人文宁波,重点表达宁波搏击风雨、勇往直前、具有海洋般宽阔胸襟的现代化花园城市形象。主桥采用独塔四索面异型斜拉桥结构,造型别致,构思巧妙,将成为核心滨水区又一标志性景观。