绪论
复杂人行景观天桥概述
当代人行桥造型丰富多彩、变化无穷,或简洁轻巧、或大气夸张,源于人们对美的不断追求的结果,也是景观桥梁不断发展的结果。
何谓景观桥梁,并没有一个明确一致明确的定义。景观桥梁不一定是与众不同、或新颖夺目,也不必是高大雄伟、或跨江跨海,只要能够是能够让人感受桥梁的美、产生愉悦感或者是能够留下深刻印象和记忆的桥梁,都可以叫做景观桥梁[1]。所以,景观桥梁不是独立的个体,它是与环境共同形成的能够打动人心的风景。
人行桥由于跨径长度不大、所受荷载小,与大型桥梁相比,结构形式、建筑材料和技术的选择上更加灵活,加上其在城市景观中的独特作用,因而更加具有建筑艺术表现的潜质和需求,这使得大量美观的人行桥被争相建造。图1-1所示的是美国奥斯汀人行桥,该桥位于奥斯汀湖上,连接1栋新建的客房。这座桥的设计灵感来源于遍布芦苇的湿地和其他覆盖于湖岸的原生植被,它采用了一种轻质、无维护的结构,完美的融入了美丽的湿地环境之中。5根钢管组合成拱形,跨越30m的距离,钢筋水平焊接在钢管上,并自然地弯曲到竖直方向,兼具桥面和护栏的作用,如同芦苇生长在桥上,为了更好地使桥梁与自然环境相融合,所有建筑材料都直接暴露与空气中而未加装饰。
法国巴黎拉迪芳斯人行桥连接Grande Arche广场以及高层建筑的连接通道。这座90m长弯曲的钢结构人行桥几乎与相邻建
筑的幕墙外轮廓完全吻合,倾斜的玻璃栏杆设置在桥梁的外侧,保护行人的安全并创造空间的效果,从造型和材质上,该桥和所依附的建筑达到了完美融合,并没有因为桥梁的存在影响玻璃幕墙外观。可见,与环境相融合是人行桥美观设计的基本条件。
独特的建筑往往具有地标性,有宣传城市的作用。摩天大楼、剧院场馆常作为标志性建筑被追捧。实践证明,人行桥以其特殊美同样可以成为地标建筑。人行桥因其规模不大,成为地标性建筑代价不会很高,但所带来的社会经济效益却十分巨大和不可预料。图1-2是英国无限桥,该桥位于英格兰北部,获得2009年英国结构工程师学会结构工程卓越大奖,被称为“一个大胆的设计,是非凡的艺术鉴赏力、卓越的技术、复杂的分析以及优秀的团队合作的结晶。这座桥将成为多年后一直为人们津津乐道的标志性建筑”[2]。无论从结构造型和美学角度,还是与所处地域环境的相互关系,该桥都是一个难得的好作品。该桥的美体现在它纤细动态的像丝带一样飘逸的拱肋在阳光、彩云和水面的映衬下,形成鲜明的对照,会引起人无限的遐想。
图1-3为连接新加
坡海湾与滨海中心的螺旋桥,被誉为改成一座地标性建筑。这座280m长的步行桥拥有全球首个“双螺旋”结构,桥上设有顶棚,可以遮阳庇荫,桥墩处有让人休息和观景的平台,双螺旋桥作为观赏周边美景的载体同时,也与滨海湾金沙酒店构成了一道美丽的地标性景观。
图1-4为南京“南京眼”人行桥,该桥是长江上的首座观光步行桥,位于南京市建邺区,河西新城青奥轴线中轴,跨越南京
夹江,起点位于河西青年文化体育公园内,终点在江心洲青年森林公园内。羽翼般斜拉的钢索振翅向上就像竖琴的琴弦,行人穿越其间犹如琴上跳跃的音符,是南京新地标,也是南京的新景点。
图1-4 南京“南京眼”步行桥
随着经济的发展,道路、桥梁已经不再是单纯的城市公共交通,他还是城市居民生活、休息、游玩赏景的去处,城市愿意花更多钱和精力去美化它的环境,市民对他的景观要求也越来越高,引绿上桥,桥上花园也已不再是幻想,越来越多的建筑师和设计师正在努力使之成为现实。例如与本论文课题相关的苏州湖西CBD苏州中心地景桥(人行桥),是苏州中心景观工程及其配套工程的重要组成部分。该桥连接苏州“东方之门”商务大厦裙楼平台和金鸡湖西绿化带。图1-5位该桥的景观工程效果图,由图可看出,该工程的特是如一个空中的绿公园,将绿地和建筑联系起来,给景观带来无限的可能,桥的形态如一棵生长的树伸出枝干与园林中的道路沟通,桥上布置绿园林和景观的孔洞使人行走其间如空中花园一般。
人行桥作为城市重要的人造景观,往往追求的是造型美观、新颖、标新立异,然而这样的桥梁建筑设计将会给桥梁结构设计带来困难。
景观桥梁研究现状
景观桥梁研究的现状和发展
近十几年来,桥梁景观建设越来越受到人们的关注和重视,甚至把桥梁景观要求和艺术美作为选择设计方案的首要条件。
2004年,阮欣等讨论了桥梁美学与桥梁景观的关系,并从景观特质方面将景观人行桥划分三类:功能性人行桥、亲和性人行桥、纪念性人行桥[1]。
2005年,巩春领等分析和探讨了梁桥、拱桥、刚架桥、斜拉桥、悬索桥、空间网架桥等各类人行桥的造型设计艺术与体现[4]。
2006年,张涛总结了城市桥梁景观设计的特点和难点[5]。王亚彬总结了景观桥梁的方案设计步骤,并提出了采用模糊数学理论对设计方案进行评价的方法[6]。潘方等采用SWOTS法对山东济宁市京杭古运河沿线系列景观桥梁的设计方案进行评估[7]。
成都必去的10个景点2008年,穆祥纯归纳了我国城市景观桥梁在设计和建设上存在的问题,通过对国外几座桥梁案例的分析,给出了相关对策和建
议[8]。
2010年,崔志刚等介绍了企业形象识别系统在城市景观桥梁中的应用,提出了城市桥梁景观CI的概念及其组成要素,城市桥梁景观CI的实施步骤[9]。
2011年,朱建甫等结合成都市凤凰公园的一座景观钢结构桁架拱桥,阐述了其设计构思及结构优化过程[10]。2011年,刘兴元对景观桥梁设计过程中遇到的问题进行了阐述[11]。王国彬针对景观桥梁提出了三境合一的美学设计方法[12]。
2012年,罗晓甜等认为城市人行桥景观设计主要包括以下三个方面的内容:艺术造型与结构设计、建筑材料与彩选择、夜间景观与照明设计;并以台湾捷运人行桥和浙江湖州百叶龙腾人行桥为例,介绍了设计理念的实现[13]。奚灵智等对有景观要求的绍兴市梅龙湖人行桥的设计方案进行了介绍[14]。刘桂娟以赤城汤泉河景观人行桥为对象,介绍了该桥的钢箱梁、索塔及塔基、斜拉索等构件的设计特点[15]。
2013年,陈何锋介绍了一座人行景观斜拉桥的结构设计和计算分析等内容[16]。李超以拉萨市一景观人行天桥为对象,介绍了其设计特和技术处理[17]。
2014年,陈宝春等介绍了福州大学一座跨径25m的人行桥设计,该桥基于校园景观定位、综合环境因素以及场地条件,选择了中承式钢管混凝土悬带拱体系,主拱外倾呈蝴蝶造型[18]。曹菲以国内外有特的景观桥梁案例为依据,提出了一种针对城市景观桥梁的设计方法。该方法认为景观桥梁设计应人的情感和需求出发,通过分析城市、环境、文化来判断城市对景观桥梁的审美需求,再通过意向分析、建筑景观组成、结构技术美学构造等设计方法完成方案的创作设计[1]。
2015年,于超等依托上海国际旅游度假区景观人行桥工程,详细阐述了复杂结构景观桥梁的项目管理内容,包括项目组织架构、项目推进关键点分析、BIM技术在项目中的应用、落架施工的管理措施[19]。李艳根据山地城市地形及道路路网特点,构建山地城市桥梁基于生态美学设计框架,提出了基于生态美学的设计策略[20]。
2016年,高晓明总结了城市桥梁景观设计原则,并从微观和宏观角度给予了阐释[21]。
国外桥梁美学设计已经达到了一个新的高度,由建筑师、结构师、材料工程师等多领域合作创新的桥梁项目日益增加,新的设计方案不断提出,给城市增添了一道道亮丽的风景[22-25]。
由上可看出,景观桥梁的设计要求把美学艺术充分应用到设计中去,以因地制宜为前提,环境保护为基础,最大限度发挥桥梁与周边环境的美学创造和景观资源开发。
“苏州星港过街天桥”工程项目在初步设计阶段就同步开展桥梁景观的研究、设计,并把桥梁造型的艺术美作
为选择主桥桥型设计方案的重要条件,把桥位环境保护和建设、休闲和观光等资源纳入了桥梁景观建设方案中。
复杂异形箱梁桥研究现状
现代桥梁不再仅仅局限于普通的梁、板式桥,也不再只要求桥梁服从路线走向,为了追求造型和美观,城市桥梁会出现各种变宽变高的异形上部结构。由于异形桥梁的特殊几何构造和设计的多样性,传统的直线桥和曲线梁桥解析分析方法无法直接引用到该问题的求解处理中,这增加了解决异形箱梁桥静动力分析的难度。虽然异形桥梁的应用越来越广泛,但目前对异形箱梁桥的分析还处于研究阶段,未能像常规桥一样形成自己的一套比较完善的理论体系。由于异形箱梁桥结构形式各异,受力行为复杂,其研究工作主要集中在数值模拟和荷载模型试验方面,试图通过对实际箱梁桥的有限元模拟来总结其力学性能和设计要点。国内的研究人员和工程人员都对异形箱梁桥进行了不同方面的研究,下面加以概括
介绍。
2003年,戴利平等研究了异形变截面多室箱梁桥的施工监控方法,并通过实例工程实测和计算结果的对比分析,验证了该方法的可行性和可靠性[26]。
2004年,程莉莎等将三维虚拟层合单元法应用到异形变截面多室曲线箱梁桥的建模分析方法中,并结合实例桥梁通过试验验证了该方法的可行性和可靠性[27]。刘斌采用壳元和梁格两种方法分别建立异形箱梁桥计算模型,并与实测数据对比,分析发现梁格模型的计算结果比壳元模型和实测结果偏小。同时发现梁格模型在规则梁段计算结果较准确,而非规则梁段计算结果误差较大,认为梁格模型不适合进行复杂异形箱梁桥深入分析计算,只适用于结构的粗略计算[28]。刘斌等以杭州上德立交桥工程中一联异形箱梁桥为对象,研究了在自重和汽车荷载作用下,暗梁宽度变化对异形箱梁分岔处应力的影响[29]。
2005年,文家清采用剪力柔性梁格法和平板单元法(壳元)对一7ⅹ20m异形变宽多室连续钢筋混凝土箱梁桥进行建模计算,研究发现在自重和整体升温作用下,二者计算结果比较吻合,而在非线性温度作用下有较大差异,认为对于此类异形复杂结构,梁格模型只适合整体内力计算分析,不适合结构细部分析[30]。陈翰新以重庆江南立交工程一匝道分叉段2ⅹ28m异形箱梁为对象,采用ANSYS建立实体有限元模型进行分析计算,模型计算所得的应力和挠度值及其沿纵横向的变化与实测情况比较均较为接近,从而验证了建模方法的可靠性[31]。
2007年,陈博探讨了采用梁格法建立箱梁有限元数值分析模型时较为合理的网格划分方法、合理的梁格刚度取值原则和
计算结果的处