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工程信息

里奥纳多 达•芬奇桥——实用艺术品

以下文章由挪威公共道路行政署桥梁部托蒙德•戴肯撰写
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在距奥斯陆20公里的爱丝小镇,矗立着一座非同寻常的建筑,既是一座行人桥,又是一座雕塑品。行人或者是骑车的人可以在横跨主干道E18的桥上安全行走,同时大桥也为汽车驾驶员创造了优美的桥拱景观。尽管桥梁的外观是艺术家的创意,但是只有工程师的努力才能将这种创意具体地体现出来。

从里奥纳多 达•芬奇的作品展中得到了启示,挪威艺术家韦伯荣•山德决定将里奥纳多的原始桥梁设计理念转变为较小的、更具现代气息的步行桥。里奥纳多的原始设计是修建一座跨越“金喇叭”的巨大石桥(“金喇叭”是一个将欧洲伊斯坦布尔隔开的喇叭形河口)。最大跨度约为234米,垂直高度约为40米。如果这座桥能在那时建成,其必定会成为世界上伟大的奇迹之一。

里奥纳多的原始桥梁设计理念
这一理念要追溯到大约公元1502年,当时王贝扎德二世苏丹想要用更加坚固的桥来取代“金喇叭”上的木浮桥。里奥纳多在一封信中提出修建石桥的建议,并描述了如何建造这座桥。在计划草图和平面图的结合下,可以得到桥梁的构建原理。我们今天的调查表明这座桥在技术上是可行的。然而当时的苏丹也许是不敢实施这一项目,也或者是考虑到它昂贵的造价。不管怎样,这座桥一直都未修建。

尽管没有修建,桥本身的理念仍然令人着迷。此桥的跨度在当时是无与伦比的。要理解这个工程的巨大程度,我们必须考虑到当时最大的石桥跨度是37.5米,即使在石桥时代晚期,20世纪初期,最大的石桥跨度也只有90米(弗莱登斯布吕克桥——1905年建于德国普劳恩)。现今,1990年在中国湖南省境内修建的跨度为120米的武朝河大桥已经是世界上跨度最长的石拱桥。

里奥纳多桥不仅结构巨大,而且结构外形也非常优美,同时这一形状有一个目的。最基本的负载系统包括3个桥拱,一个垂直拱承载顶部压力,两边各一个斜拱;垂直拱(其高度与跨度比约为1:6)紧跟这条推力线。然而考虑到侧边的负载,要求桥宽将使桥变得很纤细。里奥纳多为桥设计了斜拱来确保两侧的稳定性,这就使该座桥有了独特的外观。

艺术家的解说
我们不应视挪威爱丝小镇的木桥为里奥纳多桥设计理念的一个大型的样本,而应视其为用木头对里奥纳多设计理念的表述。艺术家韦伯荣•山德被文艺复兴时期特别是里奥纳多桥梁理念的大胆设计及优美的外观所吸引。他彻底地研究了这一理念,并成为推动这一理念物化为真实木桥的力量。在艺术家与公共道路行政署、胶合木生产商、建筑师和咨询工程师的通力合作下,该理念的基本原理变成了一个外形优美的木桥范例。

人行桥的形状是严格地按照里奥纳多的草图的线条而做的,而且是以更加明显的方式来表现的。胶合板材的使用要求更轻、更低限度的结构——事实上是一种新的结构。新型现代的胶木结构仍然具有古代石桥的主要结构元素:大桥两边下陷,拱形也很优美。主拱负载垂直压力,两侧斜拱确保两侧的稳定性——这就同里奥纳多石桥设计理念一样。

木桥
木桥静态系统包括三个不相连的胶合木拱,呈圆形交叉状,并从桥墩到桥顶逐步递减。桥墩处由坚实的咬合钢筋固定。中心拱是由4段组成,其他两段用钢板槽及合缝钉固定。这些拱为胶合木材成型的可能性提供了很好的范例。复杂的桥拱表面与150×1150 mm 的网面相对称,由这些对称物中,木材是通过电脑辅助的打磨机成型的。

桥面是由中间突起的主拱支撑。在里奥纳多的草图中,桥面两边下陷,由纤细的钢柱支撑。桥面上使用的压缩胶合木梁使得它可以沿用理念中的平滑线。木梁是通过将预弯曲胶合木同预应力高强度钢筋夹在一起形成的连续板层。同时,桥面有隔水膜和耐磨保护层。

大桥高度暴露在受风蚀环境中,因为结构不能为其提供保护。因为美学效果的原因,金属覆层、塑料涂层和木质镶板等都未采用,只用化学防护来确保大桥合理的使用寿命。在这些化学防护中,由于视觉效果的原因而没有用碳酸,因为它太黑了。同样因为环境的原因CCA—处理方法也未采用。最终,在众多化学防护中采用了大量环境友好型措施以增加桥梁外观效果、延长使用寿命。

应用系统包括:

  1. 拱的每个单独薄片都是经过带有AB类型的重金属压缩扫描处理。也是为了与土壤隔离开。

  2. 胶合、精致的拱形是通过压制含有水基蜡乳剂超级防腐木材(Ultrawood)成型,这样可以给拱造一个防水表面。

  3. 为了进一步防水,在已完工的桥梁结构上涂两层带色油漆保护膜。在随后的几年里,都要定期地用这个方法来保护桥梁结构。

  4. 为了给胶合木拱,特别是那些暴露在潮湿环境中的拱,提供其他保护,比如将硼棒插入桥墩旁预先钻好的洞中。只要木头一直保持干燥,这些硼棒都无活性,但是只要湿气侵入,这些硼棒就会溶解以防止木头腐烂。同时必须定期检查这些硼棒,如果必要,也要及时更换。

  5. 挪威桥梁设计规定中要求所有桥梁的设计使用寿命是100年——其中包括木桥。然而即使使用以上方法,这一要求仍无法完全实现。在没有任何重建工程的前提下,该桥的使用寿命也大约只有40年。然而该设计规定的唯一例外就是具有艺术及美学性的桥梁。

  6. 经过两年的风吹日晒,该桥的整个结构看起来依然完好。然而由于温度和湿度的变化拱形里大量的横跨部分已经有了裂缝。虽然现在裂缝还不至于令人担忧,但是从长期的角度来考虑,表面部分的开裂会引起进水,而水进入到横跨的部分后则会引起腐烂。虽然考虑了填充这些裂缝,但却还未采纳这种方法。因为在木头和填充物之间通常会出现新的裂缝,这样就会使得情况变得更糟。无论如何,我们都在监测这些裂缝,如果情况变糟了,我们就会采取如覆层这样的措施。

结束语
抛开它的耐久力,有些人也许会认为里奥纳多 达•芬奇桥是一个成功的项目。该桥吸引了众多人的注意和好评。它不再是一座工程桥,也不是最有效的高速桥,但它有其自身的作用——那就是为行人提供一幅美丽的风景、为小镇提供一座优美的雕刻艺术品,而且步行以及骑车的人通过这座桥时都深有体会。最后,这座非同寻常的桥以及它优美的外形,多多少少都能增加公众对桥梁的兴趣。

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