穆祥纯
(北京市市政工程设计研究总院有限公司,北京市100082)
奥地利城市桥梁建设撷英
穆祥纯
(北京市市政工程设计研究总院有限公司,北京市100082)
现系统地介绍前些年,笔者考察中欧国家——奥地利期间,对维也纳、萨尔茨堡和因斯布鲁克等城市进行专题桥梁建设考察的总体印象和分类考察的情况、相关启示和建议,为国内同行们提供有借鉴意义的资料和启示,以期促进我国城市桥梁建设的健康发展。
考察;奥地利;城市桥梁;桥梁建设;相关启示
为了学习和借鉴中欧国家——奥地利在城市桥梁建设中的相关情况和成熟经验,笔者前些年曾赴奥地利,对维也纳、萨尔斯堡和因斯布鲁克等城市进行专题城市桥梁建设考察,并与奥地利的的同行们进行交流,了解了其在城市桥梁设计、建设和管理方面的相关情况,对其城市桥梁建设的总体印象有了较全面的了解。
奥地利共和国(Republik O¨sterreich)通称奥地利(德语:O¨sterreich),是一个位于欧洲中部的内陆国家,并与多国接壤。东面是匈牙利和斯洛伐克,南面是意大利和斯洛文尼亚,西面是列支敦士登和瑞士,北面是德国和捷克。首都兼最大城市是维也纳,人口超过170万,国土面积83 855 km2。
奥地利曾是统治中欧650 a哈布斯堡王朝的核心部份。18世纪末的奥地利音乐,使得维也纳成为伟大作曲家的荟萃之地。19世纪,奥地利的音乐传统更得以发扬和传承。20世纪之交的勋贝格成为新维也纳乐派的领军人物,并成为20世纪伟大的音乐革命者。到了奥地利,关于奥地利音乐的信息和丰富文化遗产随处可见。譬如,位于维也纳展览馆区(MuseumsQuartier)早已成为世界第十文化艺术中心。受奥地利传统文化的影响,其在城市桥梁的建设上亦有着令世人瞩目的历史和成就。
在考察中,笔者发现奥地利保留着许多中世纪古老的城市桥梁。这些桥梁,造型简单、结构功能性强,反映着中欧人朴实的思想和实用的建造理念。下面通过对以下几座古老和现代的城市桥梁实例剖析,让大家了解一下其在设计和建造上的特点和基本情况。
1.1萨尔茨河大桥
萨尔茨河大桥位于奥地利著名城市萨尔茨堡的萨尔茨河(见图1)。该河流总长225 km,它是地跨奥地利和德国萊因河的最长和水量最大的一条支流。连接新旧城的萨尔茨河大桥上挂满同心锁。萨尔茨堡是一座山城,市内有多座原始的山丘,包括要塞山、蒙西斯山、莱恩山和卡布金纳山,是欧洲绿化覆盖率最高的中心城区。萨尔茨堡要塞坐落在要塞山上,是萨尔茨堡城市的标志,要塞长250 m,最宽处150 m,是中欧现存最大的一座要塞。这座上世纪50年代修建的桥梁,其结构型式变截面预应力梁,下部为普通墩柱(台)。其纤细的桥身与远处的古老的教堂和中世纪古城堡相映衬,如同一幅优美的西方油画,给人以美好的遐想。
图1 远眺萨尔茨河大桥之实景
1.2欧洲大桥
图2、图3系奥地利欧洲大桥,该大桥坐落在奥地利蒂罗尔州因斯布鲁克南部的威普特峡谷(Wipp Valley),斯尔河(Sill River)之上,欧洲E45公路从大桥上经过,因蹦极而备受关注,为世界上十大最高蹦极点之一。欧洲大桥于1959年开始建造,1963年建成,长657 m,高190 m,最大跨度198 m,在1959年至1963年曾为欧洲最高的大桥。大桥的结构型式为连续箱粱,箱粱单跨跨径为65 m;最大的特点是采用矩形高桥墩。世界各地的蹦极爱好者喜欢来此享受蹦极的乐趣,因为在蹦极途中可以以不同的视角观赏阿尔卑斯山脉的美景,另外,有充足勇气的蹦极者还可以挑战其它更为刺激的蹦极形式,如从热气球上进行蹦极,乐趣不断,精彩不停,刺激无比。
图2 著名的奥地利欧洲大桥实景(一)
图3 著名的奥地利欧洲大桥实景(二)
1.3猎鹰大桥
猎鹰大桥(Falkenstein Bridge)位于奥地利南部的克恩顿州上的费拉赫(Obervellach)附近,是陶恩铁路线上最长的桥梁,也是奥地利最大的铁路桥之一,因猎鹰城堡在其附近而得名(见图4)。大桥于1971年动工兴建,1973年建成,1974年投入使用。1980年9月1日奥地利邮政发行《维也纳国际桥梁与结构工程协会第11次会议》邮票一套1枚,图中的现代桥梁即为奥地利陶恩铁路猎鹰大桥。这座桥梁的最大特点是采用桁架拱结构,受力明确,桥身舒展,该桥全长396 m,其中两个主拱的跨度分别为125.6 m和157 m,墩和拱均采用钢筋混凝土建造。运行40 a来,在安全性和耐久性方面,均满足相关要求,亦可成为一座值得称道的桥梁。
图4 猎鹰大桥实景
1.4维也纳帝国大桥
图5为维也纳帝国大桥(Reichsbrücke),该大桥位于奥地利首都维也纳,是一座钢筋混凝土悬臂梁双层桥,上层为公路桥,下层为地铁结构,它分别跨越多瑙河和新多瑙河,主桥全长528 m,宽28.8 m。该桥于1978年开工建设,1980年11月8日建成通车。
这座桥梁系维也纳的著名桥梁,其桥梁结构为三跨变截面预应力结构,跨径为(60+200+60)m。奥地利每年一度的维也纳城市马拉松比赛,安排在维也纳最具历史文化特点的街道,而帝国大桥则是必经之路。图6为马拉松选手们正在穿过帝国大桥的情景。
图5 维也纳帝国大桥实景
图6 马拉松选手们正在穿过帝国大桥之实景
1.5维也纳某系杆拱桥
图7为笔者拍摄的维也纳跨越某山谷的一座系杆拱桥。这座钢结构的拱形桥梁修建于20世纪60年代,跨径约为80 m,系双孔钢结构系杆拱桥。如众所知,系杆拱桥作为拱桥家族中的一员,既具有拱桥的一般特征,又有其自身的独有特点。它是一种集拱与梁的优点于一身的桥型,它将拱与梁两种基本结构形式组合在一起,共同承受荷载,充分发挥梁受弯、拱受压的结构性能和组合作用。拱端的水平推力用拉杆承受,使拱端支座不产生水平推力。拱与弦间用两端铰接的竖直杆联结而成,亦可用斜杆来代替直杆成为尼尔森体系。这种拱桥内部为超静定体系,外部则为静定,因此对墩台不均匀沉降无影响。从结构上讲,该桥系有推力的组合体系。从外形上看,该桥的桥身涂成桔黄色;在群山之中的这座系杆拱桥显得十分协调和美观。图8为维也纳某系杆拱桥的桥头堡建铸之实景。
图7 维也纳某系杆拱桥之实景
图8 维也纳某系杆拱桥的桥头堡建筑之实景
1.6多瑙河斜拉桥
图9为流经奥地利多瑙河上的一座斜拉桥。这座A型塔架的独塔斜拉桥,跨径为2×210 m。跨越在多瑙河的主河道上。与其它斜张桥相同,通过固定在A型桥墩塔架上的若干斜索吊住主梁的桥梁——由斜索、塔墩和主梁组成。该大桥的斜索采用高强度钢丝绳(及钢缆),梁身用预应力混凝土制成。其特点有四个:一是此种结构梁身高度小、桥下净空大、用料较省、便于施工,适用于建造大跨度桥梁;二是其桥墩以上支承缆索的结构,采用钢筋混凝土或钢材建成,可满足结构受力和安全性的要求;三是塔柱与桥墩的连接方式为塔柱与桥墩分开,且塔柱与主梁固结,而与桥墩分开,简称塔梁固结,可克服墩底弯矩过大的缺点,但其主梁中间支点反力很大,需采用特大吨位的桥梁支座;四是桥墩处设置了防撞设施,以满足该桥的防撞要求。
1.7因斯布鲁克著名的欧罗巴大桥
图9 多瑙河斜拉桥实景
图10和图11系因斯布鲁克著名的欧罗巴大桥。该大桥建造于山谷之中,于1984年兴建,为钢筋混凝土肋拱结构,跨径为186 m。这座大桥的特点有四个:一是在崇山峻岭之中,选用此种结构型式使得拱脚与相邻的桥墩的高度基本一致,可保持桥墩的均衡形态;二是在该桥址选用钢筋混凝土肋拱结构,远处眺望,大桥舒展、简洁和大方;三是该桥主拱肋为整体预制的肋板满足工厂预制、快速施工和耐久性要求;四是因地制宜地布设了高低不等的系杆,在总体设计上反映了设计者的深厚功底。
图10 建成后的欧罗巴大桥实景
图11 施工中的欧罗巴大桥实景
1.8著名的悬空吊桥
奥地利阿尔卑斯山度假胜地达赫施坦冰川有一座建在悬崖边的悬空吊桥(见图12),这座长100 m的悬空吊桥亦是奥地利海拔最高的桥梁,最高处海拔约400 m。吊桥共有14级台阶,在人们的记忆中,“只有那些有着钢铁般意志的游客才敢走到悬梯尽头,在尽头处的玻璃平台可俯瞰阿尔卑斯的壮观景色”。这座吊桥的整个建设周期,耗时6个月。桥梁建设者在建设悬空吊桥的过程中克服了许多困难。正如来此观光的游客赞叹地称道:这座桥在建设过程中是困难诸多的,而要想走上吊桥观光也同样是不容易的。很多人都发现这座绝壁吊桥还真是唬住各国的不少人呀!
图12 著名的悬空吊桥实景
在考察期间,笔者还关注了奥地利的其它城市桥梁建设。他们在城市立交桥梁的设计上首先满足文物(古迹)的保护要求,然后才是交通功能的要求。城市桥梁有的是钢结构,也有的是预应力结构或混合结构(主梁为预应力结构,桥面板为钢结构)。不仅其主体结构满足结构受力要求,而且其桥梁附属设施也齐全。如桥端接缝十分平整(大都为梳尺型和毛勒缝),均无颠跛感。桥面排水设施也十分完备,设有完善的导水系统。不少新建的桥梁,其主梁与桥墩采用固结设计,大大增强了桥梁的安全性和耐久性。
2.1穆尔人行桥
图13和图14系位于穆尔河上的岛桥由美国纽约设计师维托·艾肯西(Vito Acconci)设计的穆尔人行桥,为了庆祝“格拉茨2003文化之都”而建立。巨大的银色贝壳状的人工岛屿两边各有桥梁连接河岸,人工岛屿内设有日光浴区,时尚酒吧,咖啡馆和露天表演场,被认为是艺术与建筑,梦幻与现实融合的经典之作,绚丽灿烂。其建筑直径为155ft(约合47 m),顶部是个游乐场和圆形剧场。在吃水线以下,还有咖啡厅和酒吧。从远处望去,它好像悬于搭建在穆尔岛两岸的桥梁之间,但其实是建在浮动的平台之上。穆尔岛项目也是一次跨文化尝试:纽约建筑师维托-艾肯西(Vito Acconci)设计这个造型独特的建筑,是为了庆祝欧盟在2003年将“欧洲文化之都”的桂冠授予格拉茨。
2.2schanerloch大桥
图 15系奥地利建筑事务所 marte marte architekten设计的schanerloch大桥。该桥采用了石拱桥形式,并将桥梁化简成正切曲线形式,用扭曲的形态连接了河两边的辐射式道路。钢筋混凝土结构横跨了整个小峡谷,连接了dornbirner市和ebnit村庄。桥梁体量本身是静态的,但这个设计用其微妙的边界让人们联想到一种动态。当以汽车司机的视角来看这座桥,这一动态形式很难被注意到,但是从河上的有利视角看桥梁,它从有机的峡谷景色中独立出来。
图13 穆尔人行桥实景(一)
图14 穆尔人行桥实景(二)
图15 schanerloch大桥实景
2.3福拉尔贝格alfenz大桥图 16系由 marte marte建筑事务所设计的“alfenz大桥”。该桥位于奥地利最西边的省份福拉尔贝格,是与德国、列支敦士登和瑞士的交界处。这个设计反应了山地景观的地质特征。这座混凝土桥横跨了ill河支流。这条河流常常会爆发洪水,展示了强大的自然之力。因此,河岸支撑了这座单跨桥梁的主要荷载。东侧的构架模仿了山脊的形状,让人们能观赏到ill河的景色。西边的实墙赋予桥梁坚实的属性,面朝交通繁忙的主干道。从以人为本的角度来说,它为骑自行车的人和行人创造了一条沿bludenz-schruns的路线,是一个保护性的地标建筑。综合来讲,这个设计以结构逻辑和材料的有效利用为基础的桥梁,堪称现代桥梁建筑的上乘之作。
图16 福拉尔贝格alfenz大桥实景
(1)在桥梁建设上,奥地利人十分重视结构的耐久性和安全储备。其中许多新建的城市桥梁、高架桥梁的主梁与墩柱多为固接;大跨径跨河桥多为连续结构或钢架结构,结构的整体性好,且梁的主梁截面(高度和宽度)比常规要大一些,以增加安全储备(如欧洲大桥和猎德大桥),可满足长期使用和耐久性的需要,是值得人们借鉴的。同时,他们在跨河桥梁的结构设计时,桥梁形式多种多样,且充分发挥不同体系的优势,对我国的桥梁建设工作者来说也有参考价值。
(2)从奥地利的欧洲大桥跨越因斯布鲁克南部的威普特峡谷(Wipp Valley)斯尔河(Sill River)可看出,他们将桥梁建筑与极限运动有机地结合在一起,每年世界各地的蹦极爱好者来大桥享受蹦极的乐趣,并从不同的视角观赏阿尔卑斯山脉的美景,这就是我们应该向他们学习的理念。
(3)众所周知,桥梁造型艺术积聚着浓厚的民族文化内涵,蕴藏着不同国家,不同民族审美传统、聪明才智和精湛技艺,也应成为人类文明交流的纽带,穆尔人行桥、福拉尔贝格alfenz大桥的成功建造就反映了这一点。因此,可以从奥地利反映其民族文化精美的桥型设计和现代桥梁建设中,汲取有益的营养成分,创造性地从事我国的桥梁设计。
(4)在考察中,所看到的奥地利每一座桥梁,都以其鲜明的形象、强烈的艺术感染力开阔了人们的眼界。桥梁作为人类所建造的最古老、最壮观、最美丽的建筑工程之一,它应充分反映时代特征,记录着人类文明的发展历程,如维也纳帝国大桥。从以上介绍奥地利城市桥梁独特的结构特征及桥梁建筑美学的功力,反映了其独特的艺术魅力。
(5)艺术和技术是紧密相关的,科学技术本身也是美的因素之一,结构力学、钢材、混凝土的发展,各种现代化新型施工机械的应用,才能使各式轻巧、大跨度的桥梁得以孕育而生。桥梁建筑不仅要表现出结构上的稳定连续、强劲稳固的力感和跨越能力,而且要有美的形态与内涵,内容和形式的高度统一,才能显示出不朽的生命力。
(6)他山之石会对我国城市桥梁建设工作者和同行们提供相关的启示,有很多值得大家学习和借鉴的东西。让我们携起手来,汲取人类所创造的一切文明财富,进一步推动我国城市桥梁建设的健康发展,推进我国向桥梁建造强国大步发展的进程。
U448.15
E
1009-7716(2016)03-0053-05
10.16799/j.cnki.csdqyfh.2016.03.016
2015-08-13
穆祥纯(1955-),男,北京人,教授级高级工程师,副总经理,从事桥梁工程设计、城市交通研究及技术管理工作。