橋梁，為跨越而生，力與形的完美結(jié)合。隨著材料、施工技術(shù)、認(rèn)知水平不斷革新，橋梁的形式有多種可能。
從受力角度上說，橋梁的承重形式可以分為三類：受彎（梁式橋），受壓（拱橋）和受拉（懸索橋），受彎材料利用率最低，受壓存在相關(guān)的穩(wěn)定問題，受拉相對(duì)來說效率最高，所以適用的跨度也依序逐漸加大。由以上三種又可以組合衍生出各種類型的橋梁。
橋梁主要類型
公元19世紀(jì)之前，石頭和木材一直是最主要的橋梁建材。東方的木橋，歐洲的石拱，美洲的藤橋都凝聚著工匠的巧思。
早期橋梁
下面小i就嘗試依時(shí)間線和大家聊聊幾個(gè)有趣的橋梁。
混沌的受力體—虹橋
隨著跨度的增加，對(duì)簡支梁而言，彎矩隨著跨度的二次方增加，最有效的辦法就是加大截面高度者增加支座形成連續(xù)梁，但是早年沒那么大木頭和水中施工技術(shù)咋辦？讓我們打開清明上河圖，虹橋就體現(xiàn)著老祖宗的智慧。
清明上河圖
虹橋有兩級(jí)承重系統(tǒng)（圖中紅線和黑線），單看這兩個(gè)系統(tǒng)都是不穩(wěn)定的機(jī)構(gòu)，但是在木梁拐點(diǎn)處插入橫木，交錯(cuò)的木梁相互承重，形成靜定結(jié)構(gòu)。
結(jié)構(gòu)圖解
由于橋體上拱，所以斜率較大的部分簡支木梁段還是以受軸力為主，可以說虹橋的受力模式不同于典型的梁，拱以及桁架，有學(xué)者研究過虹橋的具體內(nèi)力分布，詳見文末參考文獻(xiàn)。
結(jié)構(gòu)簡圖（搭建時(shí)榫卯連接）
將這種互承重的受力策略應(yīng)用到家具和裝置設(shè)計(jì)中，會(huì)有別樣的體驗(yàn)。
廊橋桌
表參道星巴克-隈研吾
不是拱橋的拱橋—錦帶橋Kintaikyo
錦帶橋位于日本山口縣，建于1673年（2004年再建），每段約35m跨度。
斷面圖解
雖然橋體是拱形，但是從橫斷面可以看出，成橋的策略是通過逐層懸挑的松木（長約6m，截面約180mm）來承重，所以構(gòu)件中還是有著相當(dāng)大的彎矩。
重建施工
這種逐層累積的木材通過榫卯連接，有點(diǎn)類似斗拱，對(duì)豎向起到一定的減振作用。
隱現(xiàn)的彎矩圖—福斯鐵路橋（Forth Bridge）
大眾橋?yàn)橐蛔鶓冶蹣颍?890年建造，坐落于愛丁堡附近的大眾灣，總長約2.5公里，用鋼量約5.8w噸（其實(shí)是比較浪費(fèi)的），是橋梁史上一個(gè)里程碑。
正視圖及俯視圖
大眾橋通過橋墩處伸出懸臂桁架，中部架設(shè)簡支桁架，整體橋形態(tài)類似于連續(xù)梁在均布荷載下的彎矩圖。懸臂上弦桿及外斜的腹桿受拉，布置為纖細(xì)的桁架；懸臂下弦桿及內(nèi)傾的腹桿受壓，采用的是較粗的管。
桿件構(gòu)成
橋體自支座處往跨中逐漸收進(jìn)，在支座處采用內(nèi)傾的交叉斜柱，有效的提高了橋體在風(fēng)荷載下的穩(wěn)定性。
內(nèi)傾的斜柱
橋梁的抗風(fēng)研究也在同時(shí)期展開，風(fēng)荷載在山谷中尤其需要重視，埃菲爾設(shè)計(jì)的Rouzat高架橋及Garabit高架橋的橋柱也體現(xiàn)著風(fēng)荷載下的彎矩圖，宛如一個(gè)個(gè)小型的埃菲爾鐵塔。
Garabit高架橋
Rouzat高架橋
19世紀(jì)后，隨著鋼鐵制造工藝的突飛猛進(jìn)以及對(duì)梁受力機(jī)理的深入研究，各種鋼桁架梁，鋼桁架拱開始走上歷史的舞臺(tái)。
漂浮的U—Jarrold Bridge
Jarrold Bridge位于英國最東部的諾維奇市，毗鄰風(fēng)景優(yōu)美的海濱地區(qū)，并且周邊有英國最大的濕地保護(hù)區(qū)。其連接舊城區(qū)和附近重建的河濱區(qū)。
俯瞰視圖
總長約80m，由于周圍都是較矮的樓房，所以沒有采用大桁架，桅桿，吊索等極具表現(xiàn)的結(jié)構(gòu)，十分簡潔平緩的橋面弧線很好地融入了環(huán)境，而不喧賓奪主。由于空氣濕度較大，主體結(jié)構(gòu)采用耐銹免涂裝的耐候鋼，工廠預(yù)制好三段橋體，現(xiàn)場安裝工期僅2天。
分層圖解
橋體僅由河岸兩側(cè)的兩根細(xì)柱及端部的橋墩支撐，柱頂鉸接。橋梁通過內(nèi)側(cè)的箱型梁兼做扶手出挑，箱型梁出挑短梁支撐橋面板。
工廠預(yù)制箱梁
短梁與箱梁之間加撐提高面內(nèi)剛度，在箱梁的跨中放置TMD以協(xié)調(diào)豎向振動(dòng)，最外側(cè)的空腹桁架欄桿對(duì)整體的抗彎剛度也有一定的加強(qiáng)。
施工過程
Glacier Skywalk也是一個(gè)令人心動(dòng)的單邊懸挑景觀橋，位于加拿大阿爾伯塔省，像是一個(gè)平置的雙層拱，上拱受拉，下拱受壓，再通過斜向的拉索保持結(jié)構(gòu)的豎向穩(wěn)定。
Glacier Skywalk
自然的形態(tài)—索倫森斯步行橋（Suransuns Footbridge）
之前的推文有介紹過形似簡支梁彎矩圖的Traversina Bridge One，可惜被山上的落石摧毀，后來在附近重新修建了一座橋，即Traversina Bridge Two。
Traversina Bridge Two
采用交叉斜向吊索。
在同一個(gè)山區(qū)，建筑兼結(jié)構(gòu)師康策特設(shè)計(jì)了一個(gè)小i認(rèn)為更加驚艷的步行橋，跨度40m，兩岸高差4m，視覺上看就是一塊塊石板加上纖細(xì)的欄桿，簡潔的有些不可思議。
Suransuns Footbridge
Suransuns Footbridge
索倫森斯步行橋受力上屬于懸?guī)?，常?guī)的懸?guī)蚴峭ㄟ^在張拉的索上澆筑混凝土提供預(yù)壓力以抵抗豎向荷載。但是康策特卻采用了一個(gè)回歸本源且精致的方案。
“The medieval idea that hidden reality of natural forms has a transcendental simplicity. Reaching the truth, or doing something appropriately, involves paring away until only the essential remains”
Suransuns Footbridge 結(jié)構(gòu)概念圖解
承重結(jié)構(gòu)為兩條15mm的，其上鋪設(shè)250mm寬，60厚的花崗巖板，花崗巖板通過縫隙之間3mm厚的鋁帶與扁鋼連接，對(duì)扁鋼施加預(yù)應(yīng)力，端部用楔形條錨固。
橋底視圖
支座處鋼條墊層有效的緩解應(yīng)力集中及振動(dòng)
扁鋼及橋頭對(duì)花崗巖施加預(yù)壓力，就好比一個(gè)倒置的拱橋，花崗巖即是橋面板也是結(jié)構(gòu)構(gòu)件，完美而純粹的拉壓結(jié)合有效的保證了人行及風(fēng)荷載下的振動(dòng)，整個(gè)結(jié)構(gòu)沒有多余的部分，十分經(jīng)典。
荷蘭的MX3D是荷蘭的一家致力于突破性的機(jī)器人建造技術(shù)公司。 通過不斷創(chuàng)造新的策略和軟件解決方案進(jìn)行創(chuàng)新，以打印幾乎任何尺寸和形狀的各種金屬合金。
MX3D
3D打印橋梁
他們有個(gè)項(xiàng)目叫“MX3D BRIDGE”，通過結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化打印各種科技感十足的橋梁。
3D打印鋼筋桁架
MX3D BRIDGE
值得一提的是，MX3D在橋梁上預(yù)埋了傳感器，可以有效的進(jìn)行結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測，并可以統(tǒng)計(jì)人流、溫度等各種數(shù)據(jù)。我們不妨開個(gè)腦洞，在不久的將來，結(jié)構(gòu)將不再是冰冷的鋼筋混凝土，隨著傳來的各種數(shù)據(jù)，加熱讓材料發(fā)生流動(dòng)，從而調(diào)整局部布置以達(dá)到力的合理分配。
