世界上每一个文明的发源地，都是傍依江河湖泊，并依靠必要的可供水源而发展起来的。凡是河网水系发达的地区，都是城市文明最发育的地区。比如：塞纳河畔之巴黎、泰晤士河畔之伦敦、多瑙河畔之维也纳……
正所谓“城兴于河，河哺于城”，城市河流更是城市景观美的灵魂和历史文化之载体，是城市风韵和灵气之所在。如巴黎之塞纳河、伦敦之泰晤士河、维也纳之多瑙河……
所以说到城市，那就绕不开城市中的河流，自然也绕不开城市桥梁。
为当代建精品 为后世留文物
城市中的桥梁不再是以跨越障碍为唯一目标，它既是城市中一类特殊的建筑，要关注它们的位置、占地、布局等建设标准，以及车辆、行人通行等使用功能的安全性、舒适性、便捷性等性能指标；又是城市中一类特殊的公共艺术，要关注桥梁结构造型对城市空间、文化、艺术、景观、标志等方面的综合影响；还是城市中一类特殊的公共空间，桥梁在城市中被使用的同时，还是行人逗留、休闲、观景或开展某些社会活动的场所，具备了某些城市公共空间的功能要素。城市桥梁与市民生活休戚相关，所以更应当被城市建设参与者所重视。
城市中，每一个桥位都是稀缺资源，具有不可复制的唯一性。所以对于我们桥梁建设参与者，在建设的各个环节都应该谨慎负责，在经济及环境允许的条件下，要为城市建造一座精品桥梁，让每一座城市桥梁，都成为时代的象征、审美的对象和文化的遗产，成为所在区域的地标。
城市桥梁作为城市建筑的一种，在宏观层面表现出来的与城市建筑诸多共性的同时，在具体层面却表现出诸多个性与差异。比如，桥梁是线形或带状结构，建筑是空间块体结构，它们的造型及其表达设计者思想和隐喻的方法不同。桥梁由所有结构外露并直接构成造型与空间，并且这些主要结构构件如桥塔、拱肋、梁体、墩台等，似乎完全由力学要求控制设计。然而城市桥梁毕竟不同于公路桥梁，更加注重结构的技术与艺术规律、桥梁结构的造型艺术特点、城市桥梁造型等。
城市桥梁是造桥技术与艺术的融合，不同时期，城市的建筑、规划、设计理论及技术等发展阶段不同，人们对城市桥梁审美及技术创新的追求也不同，技术成就桥梁结构，也改变着桥梁艺术及其审美理念。各历史时期桥梁技术、设计理念、艺术思潮，形成一系列不同时代风格明显的城市桥梁，每一座桥梁都有着其所属时代典型的特征。可以说，城市桥梁发展史就是造桥材料和造桥技术的发展史，也是工程师对桥梁艺术的孜孜探求史。
城市桥梁创新与实践
我国的城市桥梁在本世纪初进入高速高质量发展阶段，由过去的注重功能慢慢向追求品质转化。在此过程中应运而生了许多新的设计理念，如：以人为本、桥梁定制化、装配式桥梁等；以及体系创新、构造创新、新技术新材料的应用等技术创新。这些理念及创新也同样带有我们这个时代的鲜明特征。
结构体系的创新
1.无推力空间钢网拱体系
天津海河直沽桥位于天津市区中心地段的海河上，连接河东区大直沽西路和河西区奉化道，是天津市中心城区快速路工程南横的一部分。直沽桥跨径布置为56m+138m+56m，全长250m。上部结构为三跨连续中承式无推力拱结构，并设置斜撑杆及拉杆作为传递部分水平力的构造，桥面采用正交异性板体系，将车道荷载通过横梁、纵梁及吊杆传递给拱。
图1 直沽桥立面布置图
直沽桥为特殊的中承式拱桥，桥梁巧妙地通过撑拉杆体系，实现中承式拱桥无推力设计，为该桥型在平原软土地区的推广应用起到重要作用。其传力路径为：正交异性钢桥面板将汽车荷载传至邻近位置横隔板，横隔板将承受荷载传至纵梁，纵梁将承受荷载通过邻近吊杆传至邻近纵拱组。景观步道或人行桥面板将所承受的人群荷载传至纵横梁格，纵横梁格将承受的荷载通过邻近吊杆传至邻近纵拱组。纵拱组将承受的全部荷载传至拱脚，进而传至基础。纵拱拱组是全桥的主要传力结构，其中在中墩处设置的斜撑杆及拉杆用以传递结构自身的部分水平力。
图2 撑拉杆体系图
2.反对称空间网格拱与钢箱梁协作受力体系
天津海河金阜桥采用平面反对称空间梁拱结构，由钢箱梁、小梁格(辅桥)和空间拱三部分组成，钢箱梁和小梁格由空间拱相连。钢箱梁为双轴对称的正交异性板，但空间拱结构的设置改变了整个桥梁结构的对称性。金阜桥的空间拱结构不仅是其景观效果的看点，而且也是整个反对称结构的亮点，主桥跨径布置为27+12.63+35.37+42+35.37+12.63+27m。
图3 天津海河金阜桥
纵横拱构成的空间网格为本桥最大的特色和亮点，其设置不仅要满足必要的受力和传力性能，还要体现富于韵律的曲线线形的过渡变化，以及桥梁整体的空灵通透之感。基于此，纵拱线形采用无规则缓慢变化的三维空间曲线，其在立面和平面的投影也由凹至凸缓慢平顺过渡。同时伴随其截面沿拱轴方向协调扭转，扭转角度最大可达61度（竖直向上为0度）。横拱线形也为平面内无规则曲线，且从此岸的曲率较大的凹形渐渐过渡至曲率较小的凹形，经由本侧水中支撑部位无横拱（此处为加强横梁）后开始变化到曲率渐渐增加的凸形，至反对称侧水中支撑相应部位较大曲率凸形后，渐变至彼岸曲率较小的凸形横拱。
图4 纵横拱总体布置图（单位：m）
3.单桥侧独斜塔双索面斜拉弯桥
赤峰桥位于天津市的中心位置，海河上游中心段的黄金拐点，受周边历史保护建筑限制，道路显性曲折不可调整。该桥的方案构思进行大胆的尝试，在单桥侧独斜塔顶部布置外径20m、高5m的椭球形钢结构外包玻璃幕墙的观光构筑物，将观光功能和建筑美学融合于结构的整体性之中。为连接船形建筑物观光层与塔顶观光构筑物，沿着主塔的背面布置一台限载6人的斜行电梯。
结合整体建筑美学要求，该桥拉索布置为稀索体系，主跨布置5对桥面拉索，拉索间距为23m；为平衡主跨水平力，边跨布置4对桥面拉索，主塔布置4根后背索。该桥斜塔、弯梁和拉索形成一个稳定的空间结构。通过与周围环境充分结合体现出“海河之舟”的设计构思和景观效果。
图5 赤峰桥结构原理及实景
4.编花索面斜拉桥
与前面的结构体系不同，拉索体系的创新也可以为桥梁带来另一种效果。以前斜拉桥基本采用辐射形、竖琴形、扇形等常规形式,通过简单的直线形、结合桥塔造型，营造出传统斜拉桥简洁、干练的风格。而创新的艺术性编花索面形式,同样采用直线形，但是通过有韵律的变换，则可同时体现出拉索的婉柔与力量，更具冲击力和设计感。
图6 编花索面案例
结构构造的创新
城市桥梁的创新不仅在体系上面，随着人们对城市桥梁在轻盈、现代、美观等方面越来越高的要求，新颖的桥梁方案能否实施，很大程度上取决于特殊节点的构造解决创新。
1.可转动吊索系统
海河是历代漕运的纽带，追溯历史，定格于古代繁华的天津卫，海河上千帆竞发，万船涌动，“船只”是海河上最活跃的音符。富民桥的设计采用了“船形”的结构造型，采用独塔自锚式悬索桥方案，寓意“沽水船影”，似一艘起锚的帆船。
桥梁方案采用人性化无障碍设计思路，充分考虑了周边环境以及海河两岸开发建设的需要。机动车、非机动车与行人处于不同空间，将人行道设置在主梁中间的下方，既利用了双主梁之间的透光特点，又减小了桥面宽度，避免了行人和车行之间的相互干扰。富民桥的人行道没有烦琐的上下桥台阶，舒适、便捷、安全，不仅满足了一般行人，而且照顾到了老人和残疾人过河及观光的要求，也是海河上又一个休闲的公众空间。
图7 富民桥夜景图
富民桥为我国最早建成的空间缆索体系自锚式悬索桥。主跨主缆采用三维空间线形，在竖向及横向皆为抛物线。在施工张拉吊杆阶段，主缆因受力导致水平投影在横桥向由直线变为抛物线，常规吊杆与索夹连接方式因转角而存在次内力，从而对主缆及吊杆的疲劳寿命造成较大影响。为充分解决该问题，创新地采用了可转动索夹及球铰式吊杆下吊点。
2.新型抗拔不抗剪连接件
天津海河吉兆桥采用三跨变截面钢-混凝土组合桁架梁桥的设计方案，桥梁结构主体颜色为象牙白，体现桥梁结构的柔和、轻盈，给人以舒缓的感受。
图8 天津海河吉兆桥
吉兆桥采用了双重组合新技术，具体做法为——
（1）负弯矩区的混凝土板和上弦杆钢梁不组合，钢梁与混凝土之间设置较稀疏的纵向可滑动的钢-混凝土抗掀起连接件——新型抗拔不抗剪T形连接件，以防止桥面板翘起。这样混凝土板和上弦杆能自由变形，从而有效地释放了混凝土板中因收缩徐变、温度效应以及汽车荷载等引起的拉应力，并提高负弯矩区桥面板纵向预应力的施加效率，改善桥面系的抗裂性能、长期性能以及耐久性能。
（2）负弯矩区下弦杆内灌注混凝土，形成钢管混凝土截面，充分发挥混凝土材料抗压性能好的优点，显著改善下弦杆钢梁受压稳定性能，比较经济合理地实现了增大负弯矩区截面刚度和承载力的目的。这样，在连续梁桥的负弯矩区形成了一个倒置的组合截面，这样的组合桁梁桥称为“双重组合作用的连续组合桁梁桥”。
3.高性能软钢抗震构件
天津海河吉兆桥在国内首次采用了高性能软钢阻挡防落梁装置，该装置与铅芯橡胶隔震支座形成混合耗能减隔震系统，增加了结构的阻尼性能。在以往桥梁设计中，多数采用混凝土挡块进行防落梁硬性阻挡，地震下混凝土挡块一旦遭到破坏，则容易发生上部结构的落梁震害。本桥采用高性能软钢阻挡防落梁装置，对上部结构的大位移变形采取柔性阻挡，并且耗散地震冲击力，达到了地震作用下的防落梁功能。
新材料、新技术创新
1.铝合金材料的应用
金阜桥整体结构受力复杂且对荷载十分敏感，为尽量减少上部结构自重对桥梁整体结构的影响，人行道铺装采用自重轻、受力性能强的铝合金道板构造。铝合金道板用于外露自然环境的工程在国内没有先例，其经受外界环境侵蚀作用下的性能及连接方式等均没有可供参考的经验资料，因此经过以下实验证明铝合金道板在强度、刚度、抗冲击与疲劳、耐磨耐腐蚀等方面均具备良好性能。试验结论如下——
（1）材性试验：桥面板铝合金试样的抗拉强度、屈服强度和延伸率等各项力学性能指标均符合要求；
（2）静力加载试验：铝合金桥面板完全能够承受设计人群静载，且与理论计算情况基本一致，验证了该铝合金桥面板的承载能力；
（3）振动特性试验：铝合金桥面板最不利跨径布置形式的基频为57.8Hz，远远大于人行激振频率及规范规定，桥面板的振动性能满足要求；
（4）冲击荷载试验：该桥面板具有较好的耐冲击性能。
图9 金阜桥铝合金桥面板及栏杆
超高性能混凝土（UHPC）是一种具有超高的力学性能和超高的耐久性能的水泥基复合材料，尤其是其抗弯折强度较普通混凝土大幅提高，可以有效提升桥梁结构的各项性能，延长桥梁服役期。UHPC已被应用于主梁结构、拱桥主拱、华夫板桥面结构、桥梁接缝及旧桥加固等多方面。
UHPC不仅具有超高的强度和耐久性,同时通过正确的加工方法和工艺,它能够为高规格的建筑构件、创意设计及建筑经济性提供有效解决方案。UHPC的在钢桥面铺装、装配式桥梁预制构件连接、钢-UHPC组合桥梁方面的应用，已经成为具有一定规模的、持续性的应用。
作为城市步行空间的组成部分,人行天桥不但在城市中发挥着缓解交通压力、疏散人流、为行人提供安全舒适的出行环境等重要作用,而且已经成为城市中一道亮丽的风景线。UHPC强度高、自重低，良好的力学性能能够为人行桥提供更加轻盈的结构厚度；且UHPC 的良好加工性能，可以为城市人行天桥提供丰富的纹理和艺术造型。目前国内已经有多座UHPC桥梁相继落成，取得良好的社会效益。
从20世纪70年代开始，纤维增强复合材料（FRP）以其高强、轻质、耐腐蚀等优点，成为土木工程的一种新型结构材料，并逐渐被应用到广泛的工程实践中。轻质高强是 FRP材料最突出的特点。它的强度是钢材的 20～50 倍，比重仅为钢材的四分之一左右。另外，FRP 材料具有良好的耐腐蚀性，结构耐久性良好。如今，FRP复合材料已在桥梁工程中的加固补强、维护防腐等诸多方面得到很好的应用。如：主要用来粘贴在混凝土结构的表面对其进行加固补强的FRP布和FRP板、用来替代钢筋和预应力钢绞线的FRP筋等。目前国内正在积极推进FRP拉索的应用探索。
4.铸钢材料的应用
复杂桥梁的节点决定着桥梁方案能否实施，天津海河安阳桥为无推力空间钢网拱桥，主拱为双轴对称空间钢网拱结构。在主拱拱脚处，主拱与三道反向斜撑相连，节点受力复杂，不仅承受主拱传来的轴力、双向剪力、面内外弯矩和扭矩，还承受着三道反斜撑传来的内力。桥梁方案造型对节点体积尺寸有较高要求，该项目创新性地采用铸钢件，具有体量小，景观效果佳，各项均匀受力有保证。
铸钢件的材质与桥梁用结构钢的材质不同，为保证铸钢件与桥梁用结构钢的焊接性能，需对铸钢材质做专业的分析和比选，保证工艺的可行性和焊接质量。铸钢件和桥梁用钢在铸造厂进行加工，以方便施焊后进行回火和调质处理，确保铸钢件出厂就带有部分桥梁用钢，便于现场焊接。
图10 安阳桥铸钢构件
这为城市桥梁的建设提出了明确要求：除了满足最基本的通行功能外，还需承担城市发展、延续城市文脉、市民对美好城市生活的向往等多方面属性要求。在我国向着实现第二个百年奋斗目标前进的当下，我们桥梁人要顺应时代，奋发有为，以我们的专业特长，建起座座精品桥梁，创造更加美好的城市生活。
本文刊载 / 《桥梁》杂志
2021年 第5期 总第103期
作者 / 韩振勇
作者单位 / 天津城建设计院
编辑 / 陈晨
美编 / 赵雯
责编 / 王硕
审校 / 李天颖 裴小吟 廖玲
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