物理“桥梁研究”的研究性学习

自古以来，建筑(包括桥梁建筑)、绘画、雕塑被称为三大造型艺术(也称空间艺术或视觉艺术)。它与其他艺术门类具有相同的特点，如形象生动，艺术感染力强，

并体现时代特征。然而，作为一门实用艺术，桥梁建筑艺术有其独特的艺术特征。

功能价值与审美价值的统一。桥梁建筑不仅要表现出结构的稳定性、连续性、较强的力量感和跨越能力，还要有优美的形式和内涵。只有内容和形式高度统一，才能显示出不朽的生命力。

艺术和技术是密切相关的。技术本身也是美的因素之一。计算力学和钢筋混凝土的发展使得各种轻型大跨度桥梁不断出现。

桥梁建筑美的基本要素:

一、团结和谐

二。平衡和稳定

三。比例协调

4.优美的节奏

团结和谐

多样统一是形式美的高级形式，也是创造形式美的最高要求。从本质上讲，多样性和统一性的和谐规律与人类社会和自然界万物的发展规律是一致的。

一.多样性和统一性

自古希腊以来，美学家们就一直非常重视并追求多样性与统一性之间的和谐。毕达哥拉斯学派的美学思想是建立在自然科学基础上的和谐。他们认为“美就是和谐”，“和谐就是杂七杂八的统一”。和谐的事物能引起人的生理和心理* * *音，从而产生美感。从数字的和谐到音乐的节奏乃至建筑中柱子、门窗等结构元素的排列，形成了衡量美的客观理论尺度。

多样性和统一性一般表现为两种形式，即有异统一和对立统一。前者是各种数量不同的因素，如各种形式元素的数量、高度、长度、大小等，呈现出一种渐变的调和美。后者是指各种因素之间的对立统一，如刚柔相济。明暗，冷暖。色调的规则组合等。，这种形式往往会引起强烈的感官效果，在对比中统一。

在桥梁建筑设计中，要注意在变化中对比，在对比中求和谐。在这里，多样是基础，差异与对比是手段，统一与和谐是目的。

第二，桥梁建设中统一方法的多样性

不可避免的是，桥梁及其周围的环境是复杂多样的。桥梁由上部结构、下部结构和附属结构以及主桥和引桥组成。桥梁的不同部分有不同的功能，不同的功能以不同的形式表现出来。桥梁作为一个整体应该满足特定的一般目的或功能。所以一切都要围绕这个目标，让整个桥梁建筑本身和周围的环境成为一个有机的整体，而不是杂乱无章，支离破碎。

1.在多样性中寻求统一

从复杂的结构中，提出各种可以相互统一的因素来衔接。联系协调的作用，让整体看起来“天衣无缝”。如桥梁栏杆。灯柱、手杖。墩与跨一般统一，形状相同，间距相同或有规律的变化，从而达到整体统一、协调、简洁、明快的效果。

2.在统一中寻求多样性

简单的同一性是最简单的统一形式，过多的“同一性”必然产生单调。僵硬因此，求同存异，求同存异。求变才能创造趣味和魅力。

比如我们看卢沟桥柱头上的狮子，它们的间距、大小、轮廓是统一的，其内容也与表达狮子情态的主题相统一。然而，如果我们仔细观察这485座石狮，它们变化多端，妙趣横生，这是一绝。

3.统一结构系统

桥梁各部分的设计体现整体统一的理念，避免孤立、分散、自成一体的不和谐现象，是非常重要的。

4.结构形式的统一

妥善处理次要部分与主要部分的从属关系，使所有的细节都从属于整体的几何形式，协调所有几何形式相似的部分，就像音乐中反复出现的主题，产生和谐统一的美感。

平衡稳定性

我国美学家朱光潜先生曾说:“美的形式再复杂，大概也包含一个基本原则，就是平衡和对称。”

桥梁建筑是一种空间实体结构，通过其外部形象展示的体量具有平衡感和稳定性。

有一个左右对比是否平衡的问题，上下对比有一个是否稳定的问题。这两者是相互关联的。一般来说，平衡的建筑外观往往可以满足稳定性的要求。

一.平衡

平衡是大自然赋予人类生理的本能要求。一方面，人们从实践中逐渐形成了一套与重力相关的审美经验；另一方面，因为视觉上的特性，可以给人美感上的满足。桥梁建筑作为一门视觉艺术，要注意平衡中心，否则只有容易感知的平衡才会令人满意。

均衡分为静态均衡和动态均衡。前者主要指静态下的体积。形体的平衡，后者指的是依靠动作达到瞬间平衡的形体，如武的飞翔，动物的跑跳。桥梁建筑的固定形式自然属于静力平衡，但由于结构上的对称和不对称，又可分为对称平衡和不对称平衡。前者的对称形式造成稳定、安宁、安全、满足的美感，后者的不对称形式使其在静止状态下趋于运动，产生类似动态平衡的心理诱惑，令人兴奋、激动，有一种轰轰烈烈的斗争。

第二，对称均衡

对称形式一般是平衡的。生物的姿势是对称的，比如人和动物可以凭借左右对称的器官来保持身体的平衡。因此，对称的形式符合人的生理要求和心理习惯，必然会产生美感。

在传统美学中，对称就是美，这也是自古以来重要的构图手法。比如古希腊的雅典神庙，巴黎圣母院，罗马的教堂，还有中国的故宫和大坛。大安门广场等。都是对称的形式，显得庄重和威严。大多数古今中外桥梁采用的布局也是对称的。中国古代的桥有很好的对称性和平衡性，多孔桥多为三、五、七、九等奇跨。一般中孔大边孔越来越小，不仅有利于水深湍急的河中心无墩通航，而且在主从关系明确、平衡稳定等方面都是合适的，如11孔的卢沟桥和北京颐和园的17孔桥。

第三，不对称均衡

对称处理得当，有对称之美。然而，它只是多元美中的一个元素，而不仅仅是对称桥。

第三，不对称均衡

对称处理得当，有对称之美。然而，它只是多元美中的一个元素，而不仅仅是对称。如果不分场合，不分功能，一味追求对称，就会变得平庸和平淡。况且由于环境的原因。地理带

很多情况很难处理，很多桥梁不适合对称形式。

在建筑学上，现代主义者认为对称是一个经典的原则，是一种代代相传的潜在习惯。但在经济和审美上，如果不因势利导，对称布置容易造成浪费和呆滞。尤其是现代建筑中的新技术和新工艺。随着新结构的不断发展，人们的建筑观也自发地倾向于非对称结构，几乎作为一种突破对称模式束缚的“革命”，追求新奇和新奇。巧妙多变，充分发挥不对称自由、灵活、生动、经济、轻快活泼以及动感美感的优势，突出个性，适应多层次审美心理的要求，从而展现人类现代文明生活的丰富多彩。

这种建筑思潮自然影响到桥梁建筑。近年来，国内外在桥梁建筑方面进行了许多大胆的尝试，出现了独特、新颖、令人惊叹的杰作。

和谐的比例和尺度是建筑形式美的必要条件。

圣奥古斯丁说:“美是各部分的适当比例，加上令人愉悦的颜色”；关于建筑之美，维特鲁威的《谷物建筑十书》认为建筑之美在于比例，建筑的理论是:“证明和解释建筑的比例和规则的能力”；17世纪的法国建筑师弗朗索瓦·金发说:“建筑的整体美来自于绝对而简单的数学比例”；几乎所有的美学家和建筑师都认同比例在建筑艺术中的重要性。

比例或优美的比例是建筑美的根本规律，恰当的数比关系是建筑形式美的理性表达，是建筑外观的逻辑表现。

工程建筑的和谐美，体现在数量上，就是寻求比例与尺度的协调，这对于桥梁建筑的一维突出结构尤为重要。

一、比例和尺度的概念

比例是艺术领域中对立面之间的度量关系(数比关系就是其中之一)。一般是指建筑物各部分的相对大小，狭义是指整体或部分的长、宽、高之间的关系。广义上还包括实体与空间、虚与实、闭与开、凹与凸、高与低、明与暗、刚与柔的关系。

尺度是指建筑的整体或局部印象与其真实大小的关系，或者可变要素与不变要素的比较。

简而言之:比例是事物之间的比较；尺度是事物与人(或其他容易识别的常量元素)的比较。前者只显示各种相对面之间的相对测量关系，不涉及具体尺寸。但尺度是感觉的印象。这是建筑与人之间关系的本质。当建筑与人体和内心感受建立起紧密而简洁的关系时，建筑的实用性、美观性和舒适性就更加明显。

第二，桥梁建筑的比例

桥梁各部分与整体的比例是基于其固有的功能关系和结构关系。必须在深刻理解桥梁结构内在规律的基础上，寻求桥梁的对称和比例和谐，决不能违背结构关系和力学原理。

比例的概念离不开一定历史时期的技术条件、功能要求和一定的思想内容。例如，在古代石梁，石拱相对较厚，预应力混凝土技术大大提高了桥梁的跨越能力，与旧结构相比，桥梁非常纤细。

桥梁各部分的比例达到对称和谐，才能形成美的形象。但其实比例处理不当也是一种“常见病”。例如，特罗姆塞港大桥悬臂孔的跨度小于边孔的跨度，这表明布局缺乏纪律性。另外，净高与跨度之比在2.5左右，说明桥墩过细过高比例失调，缺乏稳定感。

第三，桥梁建设的规模

建筑的一切都取决于人的要求，所以人是衡量建筑尺度最直接最明显的标志。用于桥梁、台阶、扶手、行驶车辆等。，与人体机能密切相关，是辅助标志。一个好的建筑尺度，应该从建筑及其各部分的大小与自身用途相适应的程度，以及其大小与周围环境相适应的程度来理解。这种综合判断得出的尺度感可以分为三类:

1.自然比例

一般情况下，人的视觉印象的大小与真实大小一致，这就是正常比例，也称为自然比例。桥梁的自然尺度就是在桥梁的整体和局部与人体之间形成一种功能性的、自然的空间外观，给人一种真实、自然、亲切的感觉。比如城市桥梁是紧密联系的，应该有舒适方便的尺度。

2.宏伟的规模

有时，为了满足精神功能的要求或赋予建筑一种特殊的性格(如纪念性)，往往有意识地使用夸张的尺度，使建筑的视觉尺寸印象超过真实尺寸，使其更大、更有力、更宏伟。大型桥梁环境广阔，桥梁竖立在空中，所以大多采用长、大、高的尺度，形成壮观雄伟的气势。

3.善良量表

让建筑空间看起来比实际尺寸小，营造一种自由随意的亲切感。建筑必须有一个与功能和环境相协调的良好尺度，就像人们有良好的举止一样。不恰当的道德，夸大的虚假标准，会让人觉得不舒服。我们乐于接受大桥的宏伟，我们也喜欢花园桥优雅美丽的魅力。

优美的节奏

一.节奏和节奏

节奏这个词来源于生活，富含音乐。它表达了音乐的优先性，即重音和音程的重复和交替，也称为节奏的强弱和快慢。诗歌中的节奏是音韵和节奏，韵在古代叫平均；规律就是规律，节奏就是和谐优美的旋律。

其实节奏和韵律是不可分割的统一，是生理和心理的需要，是美感的同一语言，是创作和感受的关键。

根据中国古代“万物由阴阳而生”的哲学，桥梁建筑中的线形、刚性、明实构件如塔；梁、柱、墩等。被赋予“阳刚之气”，而建筑中弯曲、柔软、黑暗、空洞的拱门。主缆、斜拉索、桥下空间等。是阴性的，阳性是真实的，阴性是虚拟的，虚拟和真实是对立统一的。它的交替组合和变化，可以产生无穷无尽的节奏和韵律。

被称为“建筑是凝固的音乐”是因为它们都是通过节奏和韵律的体现来创造美的感染力。成功的建筑总是以清晰动人的节奏和韵律展现在世人面前，把无声的建筑变成生动的语言和音乐。

第二，节奏的表达

工程建筑中的节奏和韵律是通过体量的分化、空间虚实的交替、构件排列密度和长度的变化、刚柔的插入等来实现的。具体方法如下:

1.连续节奏

它是由一个或几个建筑元素连续重复排列而成，能获得统一、简洁统一、连续流畅的美感。比如桥上栏杆和灯柱的连续排列。

2.渐进节奏

建筑中连续的结构元素按照一定的规律或顺序进行细微的变化，可以增加建筑的生动性和趣味性，有助于达到真正的和谐美。比如多孔桥的孔径变化，悬索桥的吊索长度变化。

3.波动节奏

节奏有规律的变化，如力度、大小、高低、虚实，或按一定规律增减，可形成激情起伏的节奏。比如颐和园的玉带桥，中间有一个突出的凸起，像玉带飘飘。

4.交错节奏

利用各种形式的元素进行有规律的交错、穿插，形成虚实相进、明暗交替、色彩变幻的节奏感。

二、桥梁的分类

梁桥

在竖向荷载作用下，梁的截面只承受短弯，支座只承受竖向力。多孔桥的梁如果在桥墩上是不连续的，称为简支梁；墩上连续的称为连续梁；在桥墩上连续，在桥洞内中断，线路在桥洞内过渡到另一根梁的称为悬臂梁。支撑在悬臂上的简支称为悬梁；悬臂梁被称为锚梁。框架桥的梁体可以做成实心的，也可以做成空心的(称为桁架梁)。

拱桥

在竖向荷载作用下，拱肋作为承重结构主要承受压力。拱桥的支座不仅要承受竖向力，还要承受水平力。所以拱桥对地基和基础的要求比梁式桥高。下图分别为下承式拱桥(桥面在拱肋上方)、中承式拱桥(桥面部分在拱肋上方，部分在拱肋下方)和下承式拱桥(桥面在拱肋下方)。一座拱桥对人来说，言行举止可以直接把桥面铺在拱肋上。而通过现代交通工具的拱桥桥面必须保持一定的平直度，不能直接铺设在弯曲的拱肋上，所以桥面要通过立柱或吊杆间接支撑在拱肋上。

索拉桥

斜拉桥在日语中称为“斜拉桥”，在德语中称为“斜拉桥”，在英语中称为“斜拉桥”。斜拉桥是用几根缆索拉动塔上的横梁而形成的。与穿孔梁桥相比，斜拉索是(弹性)支点，而不是桥墩，从而增加了桥梁的跨度。

这种斜拉桥的结构型式自古就有。然而，斜拉索上的作用力很难计算和控制，因此没有得到发展和广泛应用。直到本世纪中叶，由于电子计算机的出现，解决了索力计算问题，完善了调整装置，解决了索力控制问题，使斜拉桥成为近50年来发展最快、应用最广的桥型。

吊桥

桥面由悬索(通常称为大索)支撑的桥称为悬索桥。吊桥在英文中的意思是“悬浮的桥”，所以也译为“吊桥”。大多数情况下，“吊桥”的悬挂系统是由“索”构成的，所以翻译过来就是“吊桥”。但在某些情况下，“索”也是由刚性杆或键杆构成的，所以不能翻译成“吊桥”。与拱肋相反，悬索截面只承受拉力。只供人和动物使用的简易吊桥，往往将桥面直接铺设在悬索上。拥有现代交通工具的吊桥却不是。为了保持桥面平直，桥面用吊索吊在悬索上。与拱桥不同，作为承重结构的拱肋是刚性的，而作为承重结构的悬索是柔性的。为了避免车辆通过时桥面连同悬索一起变形，现代悬索桥一般都设有刚性梁(也称加劲梁)。桥面铺设在刚性梁上，刚性梁悬挂在悬索上。现代悬索桥的悬索一般支撑在两座塔上。塔顶设有鞍形支架，用于支撑悬索。承受巨大拉力的悬索的端部通过锚具固定在地基中，其中一部分固定在刚性梁端部，称为自锚式悬索桥。