拱桥的建筑类型.docx

拱桥的建筑类型考察对比古今桥梁，大致可以归纳出拱桥的几个显著特点第一，石拱桥的耐久性好，是历史上最能经得起时间考验的桥梁意大利罗 马的法布里奇奥（Fabricius）桥，始建于公元前62年，至今仍在使用罗马帝 国时期西班牙境内的阿尔坎塔拉（Alc a ntara）桥，始建于公元106年，现仍服 务社会中国自汉代起开始建造石拱桥，享誉世界的赵州桥，桥龄已超过 1400 年了在铁路发展初期，欧洲兴建了大量的石拱桥例如（参见亚东桥话 22）， 英国铁路桥梁中约有2万座圬工拱桥，桥龄已超过100年的占64%，其中大多数 圬工拱桥已服役接近150年第二，石拱桥是古代大跨桥梁的主力因开凿、运输、架设不便，古代石梁 桥的跨度难以做大，留存至今的也极为有限在森林资源丰富的北美地区，从 18世纪末到 19 世纪中期，曾建造过一些跨度较大的木梁桥至于索桥，只有中 国兴于隋唐、盛于明清的铁索桥独领风骚，跨度遥遥领先，但建桥材料昂贵，并 未得到广泛应用由此，石拱桥便成为古代大跨桥梁的主力例如，土耳其境内 建于公元3世纪的塞维兰（Severan）桥的跨度为34.2m,赵州桥的跨度为37.0m； 意大利建于14世纪中期的老城堡（Castelvecchio）桥的最大跨度为48.7m，建 于1377年（因战争毁于1416年）的特雷佐（Trezzo）桥的跨度达到72m。

金属 和混凝土材料的出现，才改变了这一状况顺便提及，目前世界上跨度达到或超 过100m的石拱桥共有20座，均在中国第三，现代拱桥的经济跨度适用范围较广从跨度几十米到数百米，拱桥都 有很强的竞争力近20年来我国无支架施工技术及钢管混凝土结构的发展，显 著地向上拓展了拱桥的经济跨度一般而言，在100〜300m跨度范围内，拱桥的 造价与梁桥相当，优于斜拉桥和悬索桥，而这个跨度范围是比较适于开展建筑造 型的第四，现代拱桥是建筑造型最为丰富的桥式在平面上，影响拱桥建筑造型 的基本因素包括：主拱立面构形，桥面与主拱相对位置，吊杆或立柱布置，组合 结构体系布置等肋拱桥的出现以及拱肋的三维空间布置，极大丰富了拱桥的造 型详见后述古代的石拱桥，绝大部分为厚重的实腹拱赵州桥的伟大贡献，就在于首创 出空腹拱，这是演变成肋拱桥的前提遗憾的是，由于石材的局限性，在后续上 千年的岁月中，并没有发展出石拱肋18 世纪末，西方开始将铁材用于桥梁铸铁和锻铁时为新型建桥材料，力 学性能与石材截然不同新材料需要新构造，这可能是促使肋拱桥问世的主要原 因图4所示为英美的几座早期铁桥图4a为1796年建成（1905年因基础移 位而垮塌）的比尔德沃斯（Buil dwas ）桥，采用铸铁建造，其主拱两侧辅佐设有 两条拱肋。

图4b为美国的邓拉普河（Dunlap's Creek）桥，采用5根铸铁管子 作为主拱，1839年开通，是美国最早的铸铁桥图4c为英国温莎（Windsor） 铁路桥，1849 年建成，材料为锻铁，是世界上最早的弓弦式桁架桥（与系杆拱 桥十分接近）图4d为美国惠普尔（Whipple）桥，建于1867年，受压拱肋采 用铸铁，受拉杆件则采用锻铁随着钢材的应用，也开始出现钢肋拱桥，如美国1888年建成的纽约华盛顿 桥和1 8 9 1年建成的亨内平大街（ He nn e p i n Ave nu e ）桥桁式肋拱桥也得到发展， 如法国里昂的Boucle桥，1903年建成，1946年重建，1982年拆除；美国的贝 洛斯瀑布（Bellows Falls）桥，1905年建成，1971年关闭，1982年拆除见紧随在钢桁架肋拱桥之后出现的，是钢筋混凝土肋拱桥早期的素混凝土拱 桥，如法国1873年建成的Yonne水道桥（图6a），仍借用传统的空腹石拱桥样 式；1900年法国建成的Camille de Hogues钢筋混凝土拱桥（图6b），其拱圈 下设有肋状构造1910 年前后，世界上开始建造钢筋混凝土肋拱桥，如美国罗 斯开桥（Rose Drive， 1907），加拿大中道桥（Middle Road, 1909），美国俄 亥俄州本森街桥（Benson Street, 1910，图6c），澳大利亚洛克溪桥（Lockyer Creek, 1911），瑞士朗维瑟桥（Langwieser, 1914，图 6d）等。

可以看出：金属材料的运用催生出了肋拱桥肋拱构造大致形成于19世纪 中期，而钢与混凝土肋拱桥的出现，则在1900年前后另外，早期的肋拱都位 于竖面内，桥梁结构沿跨中及纵轴线对称肋拱（尤其是中承式和下承式肋拱）结构拓展了拱桥的建筑造型空间近几 十年来的拱桥（尤其是人行及自行车桥）建设，充分展示了拱桥建筑的造型优势若按拱桥外观对其建筑造型进行分类，大体上可分为“常规拱”和“异形拱” 两大类常规拱是指传统经典的拱桥，指拱肋沿桥纵轴向布置，横桥向肋间距一 致，拱肋与吊杆位于同一竖面内的拱桥异形拱是指除了“常规拱”以外的其他 肋拱桥以图7示意的一座单肋拱桥为例，图7a为常规拱，图7b为异形拱，图 7c则是一种特殊的异形拱，其也被视为采用拱形塔的斜拉桥，这样的例子包括： 日本羽田机场的天空拱桥（1992年），莫斯科Zhivopisny桥（2007年），沈阳 三好桥（2008年），南京眼步行桥（2014年），河北延崇高速“奥运五环”桥 （2020 年）等异形拱形式多样按外观特征，其可大致划分为内倾式拱、外倾式拱、斜跨 式拱和多肋式拱有些异形拱形式独特，难以归为上述四类桥面两侧拱面（含拱肋及吊杆）向内侧倾斜的拱桥，也是最早出现的异形拱。

若两条拱肋在拱顶相互靠拢，也叫提篮拱参见图81877年埃菲尔设计的Maria Pia铁路桥，采用熟铁制成，其两片桁拱在拱脚处放宽而在拱顶处收窄，呈内倾 状现代拱桥中，1963年建成的德国费马恩桥是最早的提篮拱桥之一我国的 内倾式拱桥实践，可能始于四川内江的新龙坳大桥内倾式拱在大跨公路、铁路 拱桥中时有应用，如上海卢浦大桥和西班牙的Almonte高铁桥在人行桥中，内 倾式拱更是屡见不鲜，有些桥（如图8f所示的波兰Slodowa岛人行桥，美国亚 利桑那州坦佩镇湖人行桥等）甚至将两条拱肋在拱顶范围内交叉互搭，构成独特 的建筑造型桥面一侧或两侧拱面向外侧倾斜的拱桥这种形式来源于人行桥的建筑造型 创新参见图91991年，西班牙建筑师圣地亚哥 卡瓦特拉瓦设计的La Devesa 桥建成，该桥采用单侧拱面外倾，配刚性吊杆1998年，英国建筑师凱思 布 朗利设计了贝德福德人行桥，其两侧外倾的拱面（配柔性吊索）类似蝴蝶的翅膀， 故也形象地称为蝴蝶桥外倾式拱也可适应大跨度，法国奥尔良欧罗巴桥和香港 将军澳跨海大桥的主跨均达到200m，我国的南宁大桥达到300m指单肋从桥面一侧斜向跨到另一侧并配置空间吊索的拱桥。

这也是得益于人 行拱桥的建筑造型创新参见图101989年建成的日本名古屋港口人行桥和1993 年韩国建成的大田世博人行桥桥，可被视为斜跨式拱的开端1997年，英国建 筑师布朗利设计的Hulme公路桥建成，为斜跨式拱的推广起到了促进作用接下 来，更多的斜跨式拱桥（包括中国的几座）得以实施2002年巴西建成的JK桥 （主跨240m），在大跨度范围内运用多跨斜跨式拱桥做出了尝试指具有前述的内倾，或外倾，或斜跨特征，由两条以上的拱肋组成的拱桥 参见图111987年，西班牙建筑师卡瓦特拉瓦设计的巴塞罗那Bac de Roda桥 建成该桥由位于竖面内的一条拱肋与位于斜面内的一条拱肋组成单侧拱结构， 为多条拱肋的组合运用提供了思路接下来，世界范围内先后建造了较多的用于 公路或铁路的多肋式拱桥工程实践表明，多肋式拱为拱桥的建筑造型提供了更 多的选择有些异形拱桥（主要是人行及自行车桥）不属于前述四类，而是表现出不落 窠臼、与众不同的建筑特点这几座桥梁的共同建筑特点是：位于斜面为了结构受力需要，或为了建筑造型需要，或两者的结合，让拱肋沿断面方 向变化这也是异形拱桥的一个普遍特点图中的“三国”人行桥竖面内的强拱 肋采用双箱构造，内倾斜面内的弱拱肋采用圆管构造，是断面变化的一个特例。

指通过多拱肋的空间组合，表现建筑意象的拱桥造型，其往往表现出独特、 新颖和复杂的特点沈阳伯官大桥的“飘带”澳大利亚跨越天鹅河的Matagarup 人行桥的“天鹅”，南京秦淮湾大桥的“山峦”和美国迈阿密1-395公路桥的“喷 泉”等，均是这样的实例近1 0年来，随着拱桥建筑的蓬勃发展，欧洲的一些学者开始从力学角度研 究“空间拱桥” （Spatial Arch Bridges,简称SABs）的构造及力学特征所 谓空间拱桥，通俗地讲，就是指那些难以基于平面计算模型进行分析设计的拱桥可以把空间拱桥分为两大类第一类是由拱壳结构承重的桥，参见图 17 承重的拱结构是具有双向曲率的板壳结构，分析设计和制造施工均不易，实桥的 数量极少第二类是由拱肋结构承重的桥对这一类空间拱桥的定义是：桥面垂直荷载 产生的弯矩和剪力不包含在拱面内其一般受力特点是：面内为拱，面外为梁； 拱肋所受的弯扭大、轴力小若对第二类拱桥再行划分，还可分为真SABs（图18）和非真SABs（图19）； 前者的拱结构在平面上沿桥纵轴不对称，桥面荷载（不管对称与否）会产生空间 受力行为；后者的拱结构在平面上沿桥纵轴对称，只在桥面偏载下表现出空间受 力行为。

因形式多样，构造复杂，影响肋拱桥空间力学行为的设计因素也较常规拱桥 多这些因素主要包括：几何形状（如拱肋与桥面的相对空间位置，拱肋、桥面 和吊杆/立柱数量，吊杆/立柱的空间布置，拱跨与桥跨长度，竖面内拱的转角， 斜面内拱的倾角等），材料，拱肋及桥面的支承约束条件，几何尺寸比（如拱肋 的高宽比，桥长/跨长比等），力学参数比（如拱肋/桥面抗弯刚度比，拱肋的弯 扭刚度比等）对某些典型的空间拱桥，可开展空间拱力学行为的参数化分析尽管目前的 计算机辅助分析/设计/制造（CAA/CAD/CAM）技术可为复杂的拱桥建造提供强力 支撑，但参数化分析可为空间拱的概念设计提供有用帮助从力学角度对空间拱桥进行分类，还存在相当困难；按结构外观粗略分类， 则相对简单和直观图 21 提供了一种可供参考的空间拱分类方式进入21 世纪，社会经济发展对桥梁建筑设计的要求越来越高，地标性桥梁 在一定程度上被赋予了创新与进步的涵义拱桥的建筑特点十分突出金属材料的工程应用促进了肋拱桥的发展肋拱 桥可分为常规拱桥和异形拱桥两大类异形拱桥（尤其是人行及自行车桥）的建 筑造型丰富多彩，特别适于广大设计师开展创造性工作考虑建筑美观要求的拱桥设计并无一定之规。

设计中需密切结合环境条件， 拿捏好桥梁功能实现与美观要求的关系，并统筹考虑经济、安全、耐久等因素的 影响。