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桥梁美学在大跨度桥梁课程的教学

艾辉林

（上海应用技术大学城市建设与安全工程学院, 上海 201418 ）

摘要： “大跨度桥梁” 作为桥梁工程专业后期的专业选修课程, 主要从力学分析入手讲解大跨度桥梁的基本设计方法与施工过程.本文论述了在 “大跨度桥梁” 课程教学当中通过适时引入桥梁美学的相关内容, 重点通过案例分析讨论等教学手段, 使学生了解桥梁美学的分析法则, 初步形成桥梁美学的认知能力.

关键词：桥梁美学；大跨度桥梁；桥梁造型；教学体系

中图分类号： U448. 25 文献标志码： A 文章编号： 1674-9324 （2017 ） 47-0127-02

一、前言

“大跨度桥梁”作为交通土建工程或桥梁工程专业课程通常安排大学后期学习,主要安排讲解斜拉桥、悬索桥等内容.该课程主要针对已有的大跨度桥梁结构形式分别加以论述, 介绍斜拉桥、悬索桥等结构形式的特点及设计理论、施工方法, 使学生初步具有解决大跨径、较复杂桥梁问题的能力 [ 1] .

受我国长期土木工程结构一贯秉承的“实用、安全、经济、适当兼顾美观” 的观念影响, 大量设计类同、美学景观价值不大的桥梁成批修建, 影响了桥梁结构还兼顾地方景观标志的功能展现 [ 2] .随着近年观念的逐渐转变,社会对桥梁美观的要求逐步得到提高, 但工程设计界目前具有相关知识的人才不足, 尤其是懂结构美学的桥梁工程师比较缺乏, 导致设计片面追求“新、奇、特” , 反而使桥梁美学走偏 [ 3] .

二、大跨度桥梁与桥梁美学教学结合应用探讨

1. 大跨度桥梁与桥梁美学教学现状.目前多数工科院校相关专业并未开设 “桥梁美学” 课程, 上海应用技术大学土木工程的交通土建方向专业亦如此；同时受整体教学课时的限制, 短期我校也不具备增设该专业选修课程的前提条件.通过 “大跨度桥梁” 实践教学可以看到目前教学体系培养的学生具有相对较强的结构力学分析能力,然而较为缺乏结构造型分析能力, 因此如何在其专业培养过程中在有限的教学计划安排中能够让学生初步形成将结构与造型美学联系起来分析的能力成为当前教学的一个难题和急需解决的问题.

2. 桥梁美学教学应用探索.为在 “大跨度桥梁” 课程中引入桥梁美学的概念, 本课程首先探索在介绍已建大跨度桥梁工程背景时, 着重介绍了 “20世纪最美丽的桥梁” .该活动是1999年世界30位著名桥梁工程师、建筑师和学者评选的20世纪最美丽桥梁, 其中包括悬索桥3座、斜拉桥5座、拱桥3座、梁桥4座.课堂重点分析了其中的美国金门大桥、法国诺曼底大桥、日本多多罗大桥以及香港汀九大桥,上述四座桥梁既是大跨度桥梁的代表之作, 同时又是将桥梁结构与造型美观协调统一的典型. 其中美国金门大桥造型优美,比例协调,为桥梁工程的一颗明珠；法国诺曼底大桥是一座和当地景观完美协调的斜拉桥；日本多多罗大桥是20世纪最大跨度斜拉桥, 与濑户内湖的多岛景观相协调, 具有东方神秘的美感；香港汀九大桥是混合结构的杰作, 艺术和技术的统一, 一艘就绪启航的 “帆船” .

通过分析上述四座大跨度桥梁的结构造型及其美学特点, 让学生了解桥梁美学的分析法则, 初步形成桥梁美学的认知能力.美学基本法则主要包括：比例、对性、韵律、均衡、风格、色彩与材质等.

三、大跨度桥梁桥塔的造型与美学教学结合

桥塔作为缆索承重桥梁的主要构件在 “大跨度桥梁” 课程会进行详细论述, 主要内容包括：（1 ）桥塔形式, 包括沿桥纵向和横向的布置形式；（2 ）桥塔高度；（3 ）桥塔截面.桥塔结构作为缆索承重桥梁的主体构件要素在力学上起着重要的作用, 其高耸挺拔的风姿引人注目, 起着象征和标志作用, 是桥梁景观中最重要的因素之一.恰当的造型设计使得桥塔在蕴藏自身力量感的同时, 又孕育着向高空伸展, 刺破青天的动势, 从而使桥塔具有高扬功能与动态美 [ 4] .

1. 桥塔形式. 桥塔造型形式多变, 纵桥方向通常可分为独柱式、 A字型和倒Y型等, 横桥方向通常可分为独柱型、双柱型、门型、 H型、 A型、宝石型和倒Y型等,如图2所示.塔柱造型又可分为柱式桥塔、框架式桥塔以及拱形桥塔, 其中柱式桥塔常用在斜拉桥中, 构造简洁, 视觉连续, 具有较好的传力效果；框架式桥塔是采用杆件（横梁）将两根单柱连接起来, 既加强了桥塔的刚度, 也形成了视觉上的连续；拱形桥塔多应用于宽桥体系上, 多应用于跨度不大的城市景观桥梁.框架式桥塔的横向连接带来了稳定的感觉, 为表现动感通常将塔柱间距向下逐渐加宽延伸, 给人以的力感和雄踞屹立的形象 [ 5] .

2. 桥塔高度.桥塔的高度主要是由其力学性质决定的, 同时兼顾与主跨跨径和缆索结构之间造型比例的视觉效果.通常对于双塔斜拉桥塔高与主跨的比例宜选用0. 18—0. 25,独塔斜拉桥塔高与主跨比宜选用0. 30—0. 45；而悬索桥塔高与跨径比不宜超过0. 25.

3. 桥塔截面.桥塔截面的选定除了满足缆索承重桥梁的强度、刚度及稳定要求以外, 还可以在截面局部范围进行 “切角” 或 “凹槽” 处理, 在不明显影响塔柱有效截面前提下, 采用凹、凸、十字、圆弧型等切角, 在塔柱表面能够产生纵向线条, 再加上光影效果, 丰富了表面变化, 增强了桥塔的耸立感；同时还能有效降低风阻, 增强结构的抗风稳定性 [ 6] .

四、结语

本文通过在 “大跨度桥梁” 教学过程中有选择性地介绍桥梁美学相关知识,取得了一些初步的成效,主要体会如下：

1. 通过有重点有选择性地介绍最美桥梁的造型特点, 让学生建立了初步的美学评判准则, 使学生懂得欣赏桥梁的美.

2. 通过有重点性地分析桥塔结构受力特点与造型美观的协调统一,结合案例讨论了美学知识的应用,加深了学生对桥梁美学知识的理解.

3.通过将力学分析与桥梁美学相结合的教学尝试, 丰富了课堂教学内容, 进一步调动了学生课堂学习的积极性, 该教学方式也值得进一步探索应用.

参考文献：

[ 1] 胡晓伦, 王慧萍. 大跨径桥梁教学中的 “求真务实” [ J ] . 教育教学论坛, 2015, ( 10) : 141-142.

[ 2] 余丹如. 桥梁美学漫谈[ J ] . 国外公路, 1998, ( 01) : 5-9.

[ 3] 梁艳, 李亚东. 土木专业综合课程教学改革与实践—— — 以基于SRTR 项目的桥梁美学为例 [ J ] .高等教育研究, 2015, 32( 03) : 18-20+41.

[ 4] 林选泉, 张芳途, 刘月琴. 斜拉桥主体构件景观设计[ J ] . 城市道桥与防洪, 2005, ( 05) : 8-11+1.

[ 5] 涂静. 缆索支承桥梁桥塔的造型及其力学特性[ D] . 长安大学, 2005.

[ 6] 赵敏, 郑国栋. 悬索桥造型设计的美学分析[ J ] . 北方交通,2008, ( 10) : 68-71.