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西湖集贤亭他设计的桥像丛林中的一道彩虹,盛开在山谷中,充满活力-桥梁杂志

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他设计的桥像丛林中的一道彩虹,盛开在山谷中,充满活力-桥梁杂志
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克里斯蒂安·梅恩博士是瑞士杰出的桥梁工程师,他设计建成的桥梁有100多座,最具代表性的作品是Ganter Bridge(甘特桥)和Sunniberg Bridge(桑尼伯格大桥)。他对于预应力混凝土和斜拉桥技术的娴熟应用更是让他的设计出奇的美丽,其美学理念深远地影响着后辈的桥梁工程师。
工程是艺术
1927年3月3日著名桥梁设计师克里斯蒂安·梅恩(Christian Menn)出生在瑞士伯尔尼州著名的旅游胜地迈林根小镇。19岁时在父亲的影响下进入建筑行业,考入瑞士苏黎世联邦理工学院就读土木工程系,1956年获得了博士学位。之后辗转几家工程公司,在这期间前往巴黎参与了联合国教科文组织总部大厦的建设,1957年回到瑞士,在库尔开办了自己的设计事务所,并且还一直作为苏黎世联邦理工学院的研究伙伴。梅恩在自己的设计事务所独立执业直到1971年,此后他作为苏黎世联邦理工学院的教授一直工作到1992年退休,退休后他作为顾问工程师继续在瑞士库尔独立执业。在桥梁设计这条道路上,他坚韧执着地沿着自己的设计哲学一路向前。
瑞士是一个旅游业占较大份额的国家,这也影响了其国内桥梁的设计。与那些旅游业不发达的国家相比,在桥梁设计中,瑞士的设计师们更倾向于强调美学的价值。这样的需求给了梅恩博士很多的机会来完成他那些美轮美奂的桥梁设计。

Ganter Bridge 甘特桥
梅恩博士的桥梁设计是这个时代的产物。在2002年时他提出过,“结构分析正处在从直观的图像化分析,向抽象程序式计算的过渡之中血染北沙河。”在早期的职业生涯中,梅恩博士与皮埃·拉蒂(Pierre Lardy)教授有着紧密的合作,他们都强调美学和经济性在结构设计中的重要性。梅恩认为,如果桥梁设计中美学价值得到了提升,相应的,经济性、实用性和安全性都将水涨船高般的得到提升。安全性和实用性的实现必须建立在充分理解科学原理的前提下,但同时,经济性和美学效果的实现则必须通过一些非科学性的思考来达成。要达到这样的目标,工程师必须更多地依靠自己的创造性。他更多地选择用抽象的数学方法来计算分析他的桥梁都市异能王,通过这些计算分析确定结构内部的应力,进而描绘出结构内部的力流。这是他的基本设计流程陈牧扬,通过这些分析再进行下一步精确的分析计算。
梅恩博士最初的设计深受罗伯特·马拉尔(Robert Maillart)的影响和启发,同时也进一步发展了马拉尔的思想,设计了许多拱圈和主梁都非常轻盈的桥梁。例如1958年设计的Crestawald桥西湖集贤亭,1959年设计的阿奥索莱茵高架桥,1961年设计的Crune桥,1962年设计的Valserrhein桥,1964年设计的Wattingen Reuss莱茵河桥,1967年设计的San Bernardino公路上的拉宁桥和卡塞拉桥,都是世界上非常漂亮的拱桥之一,但是他第一次展示自己的设计风格是设计甘特(Ganter)桥的时候,后来本桥的设计风格被推广到墨西哥的Papagayo桥阿龙正罡,美国的Barton Creek桥,葡萄牙的Socoridos桥等。再后来这种桥被Jacques Mathivat发展为部分斜拉桥,在日本和其他多个国家得到了广泛的应用。而最能突显其美学理念的,还数他自己设计的桑尼伯格大桥(Sunniberg Bridge)刘向圆 。该桥获得2001年国际桥协杰出结构奖。

Sunniberg Bridge 桑尼伯格桥
丛林中的一道彩虹
在国际桥梁和工程协会举办的“20世纪15座世界最美桥梁”评选活动中忍迹吧,克里斯蒂安·梅恩博士设计的桑尼伯格大桥位列其中,排名第七。评委们形容它就像丛林中的一道彩虹,盛开在山谷中,充满活力。
桑尼伯格大桥位于瑞士的克劳斯特斯(Klosters)镇附近,是一座4塔斜拉桥,主桥跨径为(59+128+140+134+65)米,最高桥墩为62米,桥面以上塔柱高15米,最大跨度/塔高=9.3米。
克劳斯特斯镇位于格劳宾登州,是世界著名的滑雪胜地。桑尼伯格大桥在建设过程中,综合地理位置和环境景观的多重因素,设计方案几经修改,历经20多年,直到1998年才建成。
桑尼伯格大桥是一座高塔矮墩的桥,基于设计师是从桥的功能性和美学品质双重方面并存的理念,着手来勾绘设计方案,桑尼伯格大桥是结构概念设计中非常典型的一个案例。

Sunniberg Bridge 桑尼伯格桥
1970年,瑞士公路局设想建设一条可以绕过Klosters镇的公路,几经调研和协商,最终确定了桑尼伯格大桥的建设提案。随后公路局邀请了3家有一定实力的设计公司来设计建桥的方案,然而克里斯蒂安·梅恩博士在当时提出了具有创新意义的设计方案,最终被当局采用。
在当时的Lanquart河谷上,要建设的桑尼伯格大桥是唯一的人工建筑物,所以当地的居民很明确地向当局提出要求,希望这座桥的建设可以尽可能地保留河谷原有的独特美丽景色。为了尊重这一要求陈雅莹,梅恩博士在设计时采用了矮塔、细长桥墩和薄曲线桥面这些要素,从而达到让大桥的存在做到最大限度的“透明”。
桑尼伯格大桥简单独特的结构形式赋予了20000吨混凝土难得的精致和典雅。比如,桥的塔架设计。典型斜拉桥的索塔高度大约是主跨长度的四分之一,对于桑尼伯格大桥来说,这个比例需要塔面上有一个35米高的塔架,再加上高大的桥墩和相对较短的跨度,这将产生一个看起来令人尴尬的视觉效果。然而梅恩博士在设计时将塔架的高度降低到主跨度的9%-10%之间,巧妙地解决了美学视觉上的问题。同时需要相对应的结构技术来配合这一美学需求,在不平衡活荷载下,这将在典型的柔性塔架上产生大挠度,所以在建设中塔架被加固以防止纵向弯曲,从而产生了具有视觉特征的喇叭式形状。与竖琴式的拉索相结合被广泛认为是一种结构艺术的表现混沌修道,是一种基于工程标准的结构,在符合经济性的前提下,又具有高于平均水平的美学质量。
再者,对于混凝土桥梁来说,在达到一定长度后需要设缝,桥墩与桥面梁需要布置滑动支座,这几乎已经成为现代桥梁设计的常规做法。但是桑尼伯格大桥没有设缝,虽然桥的总长度有526米,但因其平面是弧形(曲率半径为500米),由四季温差引起的变形,混凝土的收缩、徐变都可以通过弧形桥面弧度的变化得到释放。而因为没有变形缝合支座,桥梁的施工难度会大大降低,并且后期的维护成本会降低很多蓝翅漫画。为了不对弧形桥面的变形造成过度的约束,桥墩在横桥向需要做得柔一些。梅恩博士把桥墩设计为框架式,两侧混凝土薄墙呈抛物线形,由下至上逐步展开,与桥架的喇叭状相结合形成极致优美的形态。

Rhine Bridge Tamins 塔姆尼斯莱茵河桥
结构与美学
克里斯蒂安·梅恩作为一位工程师、教授和研究者,工作成果包括许多优美的桥梁概念设计,全预应力或者半预应力、内部预应力或者外部预应力的各式各样的混凝土桥梁设计,纤细精致、巧夺天工的混凝土设计,混凝土裂缝的性质和控制方法的研究,混凝土结构耐久性的研究以及混凝土设计分析方法的研究。他的这些工作成果极大地提升和促进了桥梁设计的艺术。
梅恩强调简单直观的设计模型、清楚明了的结构计算在结构设计中的重要性,雷晓晨这些分析和计算要有足够的准确性来满足结构施工全过程和未来使用过程中可能出现的各种状况的需要。并且更多地强调结构设计中创造性的重要性,在满足技术、美学和经济的条件下的创造性。他在设计遍布世界各地的大大小小一百多座桥梁时,始终坚持的原则就是“形式服从功能”,同时,又尽量做到与周围环境相和谐。克里斯蒂安·梅恩的结构体系、结构元素和结构细部,体现了结构整体的秩序感,呈现出了结构内部的力流,完美地将技术和美学融为一体。
在1998年时梅恩博士提出,在桥梁概念设计的发展过程中,结构体系的思想通过主要要素的缩放而变得稳固,与此同时,再通过足够的计算数据来证明其可行性和经济性。在这个概念设计的阶段过程中,需要设计师从4个方面来着手思考橘子郡男孩,需要同时考虑结构形式、数学分析、施工方法、结构与场地的关系等问题。
考虑结构形式是指设计师通过借鉴以往累积的经验和审美眼光来定义桥梁的最佳结构类型。分析方法应具有数学上的简单性和足够的精确性。施工方法在使用材料方面应是经济的,并且适用场地环境和地质条件的。最后整体的形式还应考虑其三维关系的景观呈现出来的效果。
桥梁设计是基于创造力,结构工程艺术以创新和想象为特征,以结构艺术改善环境为目标。克里斯蒂安·梅恩博士在桥梁概念结构和美学设计方面长久的实践结果,为众多设计师提供了具有极高参考价值的设计理念。一个良好的工程概念是深远的美学质量和追寻简单而优雅结构的坚实基础张陈平,在尊重功能性要求和提供技术性能的同时,提供良好的相互融合体验。特别是当今,当建筑师主导的桥梁设计产生了建造和维护费用过高时,在力学和自然科学基础的指导下,梅恩博士的设计理念和思考方式仍然非常有效和有价值。

Charles River Bridge 查尔斯河桥
面面俱到铸就不平凡
1992年退休后谭厚兰,梅恩博士虽然已年过六旬哇咔哇咔,但他并没有就此结束自己的设计生涯,而是作为顾问继续从事桥梁的概念设计。有一次他被邀请到哈佛大学做讲演时,机缘巧合认识了柏诚集团的官员,被邀请参与进了查尔斯河桥(Charles River Bridge)的设计团队中。查尔斯河大桥位于美国波士顿,跨越查尔斯河,是一座公路结合梁斜拉桥,于2003年主线通车,2005年开通悬臂部分。查尔斯河桥中跨采用结合梁,边跨采用混凝土主梁,斜拉索按照扇形布置。主跨227米,孔跨布置为(90+227+76+52)米,桥塔高98.40米。本桥的主要结构特点是主跨为双索面,边跨为单索面;主梁跨中采用结合梁,边跨采用预应力混凝土箱梁;桥面很宽,为10车道,宽达56米。
在克里斯蒂安·梅恩博士漫长的设计生涯中,不仅仅是他的设计理念让后辈设计师们深受启发获益匪浅,他坚韧的性格,严谨的工作态度,对设计工作不断追求的热情同样深刻地影响着大家。每一次设计的开始都是一个重复的开始,各方面前期要素的考量,桥梁的功能性,建筑工程的经济性,桥梁的后期养护等等,许多方面都需要面面俱到。同时又要推陈出新,要把美揉进钢筋混凝土里,要像美术师一样把工程和环境结合在一起,为大自然的美锦上添花。梅恩博士是一个具有很高自我批判特质的人,这是一种非常难得又令人钦佩的特质。也许正是这些细腻难得的特质,使得他的作品总能让人眼前一亮,铸就了他个人职业生涯中一次又一次不平凡的成就异世药神。他在1990年获得了弗莱西奈奖章(Freyssinet Medal),2009年获IASBE国际桥梁协会奖章。


本刊记者 / 周洋
美编 / 赵雯
责编 / 胡蕾
审校 / 盛超廖玲
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