橋梁桿式剛構橋設計

橋梁的設計目的、技術是手段，經濟是限制，美學是我們必須追求的領域。隨著公路橋梁建設事業步伐的加快,對橋梁美學方面的要求是越來越高。欄桿是構成橋梁完整功能的一個組成部份,它與橋梁結構的安全性,耐久性并無多大直接聯系,但其外觀設計的合理與美學上考慮的完善卻直接影響著橋梁的外觀,它是人們對橋梁美學評價的主要對象,是一座現代橋梁美學及實用功能上必不可少的補充和完善。一個優秀的,在美學上成功的欄桿設計,不僅應考慮橋梁所在地區的人文自然環境、傳統習俗,文化背景等因素,還應考慮人們的美學意識與審美標準。在不過多增加施工難度和工程造價的基礎上,做出形式既能給人以安全實用,又能給人以美的享受的欄桿是現代化橋梁功能的必要完善。1桿板柱的高度與斷面尺寸橋梁一般都具有較高的建筑高度,而且目前修建的大多數橋梁仍為行人和車輛共用,因此欄桿系的各部尺寸擬定首先應考慮人體工程學方面的需求。一般認為,欄桿扶手和柱頭的高度,分別不應高于人體心臟線和視線高度。當此二值達到或接近這一高度時,便使人產生一種壓抑或“面壁”之感,行人在心理上不愿接近,欄桿就不再成為行人極目遠眺的駐足之處。反之,欄桿扶手的高度過低,也會使人產生一種不安全感,行人在橋上行走或是駐足總有臨深淵之危感。因此欄桿的建筑高度就人安全心理上的要求,最好在人的上胯骨與肋骨劍突之間。然而我國地域廣闊,人口眾多,各地區的人群平均身高都有差別。但一般說來北方較南方,靠近城市較偏遠地區的人群身高普遍較為高大,圖3欄桿的高度很難給定一定量的規定。建議根據橋梁所在不同地區和橋梁的建筑高度的不同,欄桿高度取值范圍在1.05~1.15米之間,不宜低于是1.0米。欄桿板的長度(即欄桿的節間)劃分,除應于橋梁上部結構相匹配外,以黃金分割法對其進行分割是一種簡便易行且行之有效的方式。建議在橋梁上部結構的單元之間(如二段信相鄰的簡支梁間)首先確定欄桿的高度,繼而以黃金分割法確定基本結構單元的節間數。將最后留下的尾數部分一并放在另一單元銜接處處理,這樣既不會對欄桿的外形有牽強附會之慮,也不會對結構單元的伸縮功能帶來不利影響。欄桿柱的斷面尺寸如過于粗壯除為安裝上帶來不便外,也使人在視覺上有笨拙感,建議對于是混凝土欄桿斷面宜在10~20厘米內取值,柱體表面可根據設計人員對欄桿造型的考慮布置一些易于成型、簡單的淺浮雕或圖案。扶手的斷面尺寸也應考慮人體工程學的要求,寬度在16~18厘米范圍內取值為宜,且其上平面與側面的過渡最好以圓角形式或斜倒角相過渡,避免生硬的直角。柱頭與欄桿板間的銜接除個別的情況外,均宜以筍接為主,這樣可增加各構件的可連接性,也可滿足結構主體對撓曲,伸縮功能的要求。2支撐鋼件豎條式桿板欄桿扶手,柱(或柱頭)及欄桿板的造型構成了一個完整的欄桿本體,從其基本造型上大致可分為如下幾種:橫條式欄桿,即僅有上下扶手和柱構成。這種欄桿造型極為簡單,一般多用于汽車專用線或公路上小跨度的橋梁和涵洞構造物上,且目前常為鋼護欄和混凝土護輪帶所取代。這種形式的造型簡單,建筑裝配價格低廉。但這種過于簡單的欄桿在實際使用過程中表明很容易損壞,起不到多大作用,也談不上有何美學價值。豎條式欄桿,即在上下扶手中間以混凝土或鋼件豎條,不加或間以少量橫聯構成欄桿板的形式。這種形式較前一種在構造形式上稍有復雜,但由于多為預制與現場裝配構件,因此在施工問題上也不會有多大難度,建筑造價也相對較為便宜。豎條式混凝土欄桿,做得較多的有如圖1的形式。這種形式造形均稱協調,適應面較廣泛。但一些欄桿由于施工質量原因,欄桿柵過早破壞,欄桿扶手的洗米大量剝落,使欄桿過早老化,給橋梁的美觀造成影響。對于同樣形式的欄桿,如果稍微考慮欄桿的裝飾和顏色,建成的欄桿將會收到意想不到的效果。例如國道324線的某座大橋,其扶手設計成淺紅色的洗石米,再每隔三個欄桿板裝上一個具有本地寓意的鑄鐵圖案。雖然造型沒有多大變化,卻能與周圍環境相得益彰,協調一致,其有意學上的意義。鋼件豎條式欄桿,由于其簡潔輕巧,圖形和色彩處理的方便,逐漸被大量應用于靠近城鎮的地方。它具有不容易損壞和維修養護方便等優點。鋼件豎條式欄桿一般都做成混凝土扶手和鋼件豎條欄桿柵。如果鋼件豎條做得過長,便存在著纖細的鋼件豎條和粗大的混凝土扶手比例不協調的問題,給人一種不穩定的感覺,所以在美學處理上宜盡可能縮短鋼豎條長度,或者在鋼條上進行一些藝術加工(見圖2)才能給人一種持重成熟之感。作為另一種格柵圖形變化,可將兩個相鄰的豎條間入一定幾何形狀的橫連。這種橫連對于結構和工程的意義在于增加剛度和減少裝配時的構件數量,同時保存了將整個欄桿板基本豎條作為母體來重復的造型,(見圖3)。如果欲使這種被重復的母體在空間上有較大的跨度,可將節間內的欄桿柵以一種非對稱性圖案相串聯即以2~3個欄桿節間做為母體來重復。另外,把混凝土扶手改成鋼管扶手,也是一種可行的辦法。它消除了纖細鋼條和粗大的扶手不協調的問題,同時在色彩處理上能統一。近幾年防撞欄做得比較多,其實用性和安全性是明顯的。但是這種防撞欄對行人并沒有什么安全感,因此防撞欄適應于高架橋等汽車專用公路或人煙稀少的地方。以整片石料和金屬鑄件做成的整片欄桿節間板,通常都是有較復雜且有一定寓意的花紋板,以手工雕刻或翻砂成型,多用于城市園林景點或有特殊要求的場合,這種結構造價昂貴,一般不為公路部門所采用。對于跨越主干道的人行天橋,欄桿宜做成實板體,以利安全。但對于不是很寬闊的人行天橋實板體欄桿也將使行人有一種被困于溝內的壓抑感。圖4某座跨越國道206的人行天橋的欄桿,為消除上述之慮,將實板體欄桿分出缺口再配上鋼管扶手,使行人的視野更為開闊。同時考慮城市的美化,設計出凸出的半圓形花盆,讓其栽種的花木與周圍環境相協調,具有美學上的意義。總之,具體在一座橋上應配置何種形式的欄桿,考慮的因素應首先針對橋梁的功能,(即是汽車專用橋還是人車其用),橋梁的跨度與建筑高度,以及橋梁所在公路等級,行車速度和過往人群多少等綜合分析比較,做到既要突出個性,又要強調與周圍環境與橋梁本身結構形式的協調。突出個性,就應考慮本橋上述各方面的綜合因素,不照搬照抄,不簡單雷同。整個欄桿及橋面系從外形尺寸到細部處理要能反映設計人員對橋梁建筑美學的認識和表達。強調協調,就應考慮橋梁所在地區的周圍環境以及更深一層含義的所在地區的歷史淵