橋梁，為跨越而生，力與形的完美結合。隨著材料、施工技術、認知水平不斷革新，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，受壓存在相關的穩定問題，受拉相對來說效率最高，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就嘗試依時間線和大家聊聊幾個有趣的橋梁。

過去

混沌的受力體—虹橋

隨著跨度的增加，對簡支梁而言，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梁，但是早年沒那么大木頭和水中施工技術咋辦？讓我們打開清明上河圖，虹橋就體現著老祖宗的智慧。

清明上河圖

虹橋有兩級承重系統（圖中紅線和黑線），單看這兩個系統都是不穩定的機構，但是在木梁拐點處插入橫木，交錯的木梁相互承重，形成靜定結構。

結構圖解

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，有學者研究過虹橋的具體內力分布，詳見文末參考文獻。

結構簡圖（搭建時榫卯連接）

將這種互承重的受力策略應用到家具和裝置設計中，會有別樣的體驗。

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，所以構件中還是有著相當大的彎矩。

重建施工

這種逐層累積的木材通過榫卯連接，有點類似斗拱，對豎向起到一定的減振作用。

隱現的彎矩圖—福斯鐵路橋（Forth Bridge）

大眾橋為一座懸臂橋，1890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（其實是比較浪費的），是橋梁史上一個里程碑。

正視圖及俯視圖

大眾橋通過橋墩處伸出懸臂桁架，中部架設簡支桁架，整體橋形態類似于連續梁在均布荷載下的彎矩圖。懸臂上弦桿及外斜的腹桿受拉，布置為纖細的桁架；懸臂下弦桿及內傾的腹桿受壓，采用的是較粗的管。

桿件構成

橋體自支座處往跨中逐漸收進，在支座處采用內傾的交叉斜柱，有效的提高了橋體在風荷載下的穩定性。

內傾的斜柱

橋梁的抗風研究也在同時期展開，風荷載在山谷中尤其需要重視，埃菲爾設計的Rouzat高架橋及Garabit高架橋的橋柱也體現著風荷載下的彎矩圖，宛如一個個小型的埃菲爾鐵塔。

Garabit高架橋

Rouzat高架橋

現在

19世紀后，隨著鋼鐵制造工藝的突飛猛進以及對梁受力機理的深入研究，各種鋼桁架梁，鋼桁架拱開始走上歷史的舞臺。

漂浮的U—Jarrold Bridge

Jarrold Bridge位于英國最東部的諾維奇市，毗鄰風景優美的海濱地區，并且周邊有英國最大的濕地保護區。其連接舊城區和附近重建的河濱區。

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，吊索等極具表現的結構，十分簡潔平緩的橋面弧線很好地融入了環境，而不喧賓奪主。由于空氣濕度較大，主體結構采用耐銹免涂裝的耐候鋼，工廠預制好三段橋體，現場安裝工期僅2天。

分層圖解

橋體僅由河岸兩側的兩根細柱及端部的橋墩支撐，柱頂鉸接。橋梁通過內側的箱型梁兼做扶手出挑，箱型梁出挑短梁支撐橋面板。

工廠預制箱梁

短梁與箱梁之間加撐提高面內剛度，在箱梁的跨中放置TMD以協調豎向振動，最外側的空腹桁架欄桿對整體的抗彎剛度也有一定的加強。

施工過程

Glacier Skywalk也是一個令人心動的單邊懸挑景觀橋，位于加拿大阿爾伯塔省，像是一個平置的雙層拱，上拱受拉，下拱受壓，再通過斜向的拉索保持結構的豎向穩定。

Glacier Skywalk

自然的形態—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。

在同一個山區，建筑兼結構師康策特設計了一個小i認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帶橋，常規的懸帶橋是通過在張拉的索上澆筑混凝土提供預壓力以抵抗豎向荷載。但是康策特卻采用了一個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 結構概念圖解

承重結構為兩條15mm的，其上鋪設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，對扁鋼施加預應力，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力集中及振動

扁鋼及橋頭對花崗巖施加預壓力，就好比一個倒置的拱橋，花崗巖即是橋面板也是結構構件，完美而純粹的拉壓結合有效的保證了人行及風荷載下的振動，整個結構沒有多余的部分，十分經典。

未來？

荷蘭的MX3D是荷蘭的一家致力于突破性的機器人建造技術公司。 通過不斷創造新的策略和軟件解決方案進行創新，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

他們有個項目叫“MX3D BRIDGE”，通過結構拓撲優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在橋梁上預埋了傳感器，可以有效的進行結構健康監測，并可以統計人流、溫度等各種數據。我們不妨開個腦洞，在不久的將來，結構將不再是冰冷的鋼筋混凝土，隨著傳來的各種數據，加熱讓材料發生流動，從而調整局部布置以達到力的合理分配。