瑪利亞皮亞大橋3.doc

學(xué)習(xí)資料收集于網(wǎng)絡(luò)，僅供參考 瑪利亞皮亞大橋：結(jié)構(gòu)藝術(shù)的主要工作 a 土木與環(huán)境工程學(xué)系,普林斯頓大學(xué), E321四邊形工程,普林斯頓NJ08544、美國(guó)b 土木與環(huán)境工程學(xué)系,普林斯頓大學(xué), E323四邊形工程,普林斯頓,NJ08544、美國(guó)c Skanska公司美國(guó)大廈,帝國(guó)大廈,紐約第五大街350號(hào),32樓,紐約,美國(guó)NY10118文章信息文章歷史:收到2011年8月12日修訂2012年2月6接受2012年2月7可用的在線于2012年4月10關(guān)鍵詞:拱門(mén)橋梁競(jìng)爭(zhēng)古跡鐵摘要本文提出一種關(guān)于G.Eiffel和Cie.在1875年至1877年設(shè)計(jì)并建造，橫跨葡萄牙波爾圖杜羅河的瑪麗亞皮亞大橋的技術(shù)、歷史、美學(xué)研究。通過(guò)這些分析,本文演示了這一點(diǎn)的重要性橋由于其(1)就像所展示的那樣節(jié)約并通過(guò)設(shè)計(jì)比賽,(2)在效率，壽命和風(fēng)荷載通過(guò)有限元分析所揭示的效率和安全性(3)典雅的形式,通過(guò)審美設(shè)計(jì)師的評(píng)估，獲得國(guó)際贊譽(yù)，并現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行視覺(jué)分析。本文最主要的目的,不是為了建議設(shè)計(jì)師今天需要模仿瑪麗亞皮亞形式，而是揭示工程師G.Eiffel和Cie的思考過(guò)程。這個(gè)概念設(shè)計(jì)通過(guò)考慮場(chǎng)地的限制，作用在結(jié)構(gòu)上的力，和架設(shè)過(guò)程被想象出來(lái)，最終導(dǎo)致這個(gè)經(jīng)濟(jì)型項(xiàng)目贏得設(shè)計(jì)大賽。這種設(shè)計(jì)方法可以更頻繁的應(yīng)用在21世紀(jì)設(shè)計(jì)中。 2012愛(ài)思唯爾版權(quán)所有保留。 1介紹居斯塔夫埃菲爾（1832年至1923年）和他的公司，G.Eiffel和Cie.，設(shè)計(jì)并建造的瑪麗亞皮亞大橋橫跨葡萄牙波爾圖的杜羅河，（完成于1877）（見(jiàn)圖1）。Itisatwo鉸鏈，鐵第一埃菲爾鐵塔的巨大拱橋。第二，嘎拉比特的高架橋（1884年完成），是更好地了解，但緊跟它的設(shè)計(jì)和施工。這是一個(gè)雙鉸鏈，Eiffel的第一個(gè)巨大拱橋。第二個(gè)是嘎拉比特的高架橋（1884年完成），更好地了解，但緊跟第一個(gè)橋的設(shè)計(jì)和施工。本文將通過(guò)它的經(jīng)濟(jì)性，效率和優(yōu)雅性來(lái)表現(xiàn)出這座橋的重要性。設(shè)計(jì)大賽的詳細(xì)描述將突出設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性。技術(shù)分析揭示了結(jié)構(gòu)在自重，壽命和橫向風(fēng)荷載作用下高效和安全。典雅的形式,通過(guò)審美設(shè)計(jì)師的評(píng)估，獲得國(guó)際贊譽(yù)，并現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行視覺(jué)分析。最后，本研究對(duì)21世紀(jì)的橋梁設(shè)計(jì)中的相關(guān)討論將提交。所有這些研究的主要目的將是展示的設(shè)計(jì)和施工過(guò)程中的主要工程師：居斯塔夫埃菲爾（Gustave Eiffel）和泰奧菲勒賽里格（Thophile Seyrig）（1843年至1923年）。G.Eiffel和CIE在1868年形成了合作伙伴關(guān)系，這種關(guān)系歷時(shí)8年，期間，他們創(chuàng)造了許多作品，包括瑪麗亞皮亞橋的設(shè)計(jì)和施工2,3。Seyrig寫(xiě)了一份報(bào)告分析這個(gè)橋，報(bào)告的名字是 在波爾圖杜羅河上的橋本文所以來(lái)的細(xì)節(jié)與結(jié)構(gòu)有關(guān)。本文將呈現(xiàn)兩個(gè)工程師分析技術(shù)和設(shè)計(jì)心態(tài)，這兩人贏得設(shè)計(jì)竟?fàn)帲⒆罱K成功建成。圖1.瑪利亞皮亞大橋2設(shè)計(jì)竟?fàn)幫ㄟ^(guò)由英國(guó)皇家葡萄牙鐵路公司在1875年五月一號(hào)舉辦的射擊比賽來(lái)表露其設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性。四家公司（Mead, Wrightson and Co.,Socitdes Batignolles, Cie. Fives-Lille, and G.Eiffel and Cie）一共提供六種設(shè)計(jì)方案。Seyrig隱匿了每個(gè)設(shè)計(jì)的名字，但盧瓦雷特（1985年）和克魯茲和科代羅（1981）提供了詳細(xì)的公司和項(xiàng)目成本2,4 。艾菲爾的建議（花費(fèi)965000法郎）比下一個(gè)最低花費(fèi)設(shè)計(jì)1少花費(fèi)31。最后的成本超出了原來(lái)的出價(jià)，但仍比最低設(shè)計(jì)4少9%。每個(gè)設(shè)計(jì)圖紙的海拔，設(shè)計(jì)師和成本（當(dāng)已知），請(qǐng)參閱圖2。圖2.設(shè)計(jì)比賽的設(shè)計(jì)師和成本（在法國(guó)）。G埃菲爾和Cie的建議費(fèi)用為965，000法郎2,4圖片轉(zhuǎn)載自Seyrig那個(gè)橋的位置，跨過(guò)400米深，61米寬的山谷，在Via Nova de Gaia 和Porto之間，將要完成里斯本（Lisbon）和波爾圖（Porto）之間的鐵路線。但工程遇到了一個(gè)挑戰(zhàn)由于河床土壤的不穩(wěn)定性。任何替代的位置都將增加額外的12公里路線。150米寬的杜羅河，貫穿這個(gè)山谷，河水深度范圍從15米到20米，遭遇洪水，水位會(huì)上升10米5。近15米水面下，調(diào)查發(fā)現(xiàn)，存在著一層厚厚的沙。當(dāng)時(shí),劃分一個(gè)跨度超過(guò)150米到兩個(gè)小跨度是比較便宜的。然而,這些土壤條件對(duì)水中橋墩影響不利。雖然橋的跨度在穩(wěn)步地增加，都沒(méi)有達(dá)到160米1。這個(gè)竟?fàn)帪楣こ處熆紤]這個(gè)挑戰(zhàn)提供動(dòng)力。Mead,Wrightson and Co. 提供最貴的設(shè)計(jì)方案（圖2A），這個(gè)設(shè)計(jì)以一160中央拱坐落在石砌橋墩上。兩邊的拱是兩個(gè)82.5米的半拱門(mén)，兩個(gè)82.5米的半拱，起拱線從這些樁到河谷另一邊的砌體橋臺(tái)。那兩個(gè)拱在河的兩邊同時(shí)施工建立，這使得在施工期間兩個(gè)半拱要平衡中間拱Socit des Batignolles提供了兩種以弓弦桁架為特征的設(shè)計(jì)方案。第一種，比較便宜的方案，以22.5米深度的中跨，170米弓弦桁架橫跨整條河。這個(gè)設(shè)計(jì)中一部分主桁架將使用鋼結(jié)構(gòu)而不是鐵。Seyrig提高對(duì)來(lái)自于風(fēng)激勵(lì)的潛在的危險(xiǎn)震蕩的關(guān)心。此外，弓弦桁架的中心位置明顯低于層面。在大約270噸風(fēng)荷載作用下，風(fēng)荷載的作用結(jié)果會(huì)導(dǎo)致整個(gè)結(jié)構(gòu)隆起。由砌體橋墩支撐的弓弦桁架可能無(wú)法承受高側(cè)向風(fēng)荷載。Socit des Batignolles的第二個(gè)設(shè)計(jì)（圖示2C），以一個(gè)中跨15米深長(zhǎng)120米的弓弦桁架為特征。這個(gè)設(shè)計(jì)導(dǎo)致河內(nèi)橋墩需要沙質(zhì)河床基礎(chǔ)。第二種設(shè)計(jì)有很高的問(wèn)題關(guān)于比第一種設(shè)計(jì)方案更高的花費(fèi)和河內(nèi)橋墩地基困難性。Cie.Fives-Lilles建議第二個(gè)花費(fèi)較便宜的提案，河兩岸用金屬橋墩兩個(gè)86米的支柱支撐中間跨度。層面被分為四個(gè)相等的78米跨度。層面的大表面范圍相比于其他設(shè)計(jì)將要導(dǎo)致結(jié)構(gòu)遭受高強(qiáng)度風(fēng)荷載。同一家公司提交了第二份的，更昂貴的項(xiàng)目（圖2E），在河邊的一個(gè)碼頭。同一家公司提交了第二份方案，這個(gè)更昂貴的項(xiàng)目（圖2E）需要在河中間建設(shè)一個(gè)橋墩。這個(gè)設(shè)計(jì)方案遇到了前面說(shuō)討論的地基設(shè)計(jì)所遇到的相同的問(wèn)題。 竟?fàn)幹踹€有兩個(gè)設(shè)計(jì)方案，但均被撤銷(xiāo)（圖2F和G）。Seying（在1878年）對(duì)這些設(shè)計(jì)進(jìn)行審查。G.Eiffel and Cie的設(shè)計(jì)基于成本的基礎(chǔ)在眾多設(shè)計(jì)中脫穎而出。3.架設(shè)橋梁G.Eiffel and Cie設(shè)計(jì)方案的優(yōu)點(diǎn)之一是其施工方法。這個(gè)設(shè)計(jì)利用中央拱跨河。這個(gè)354.38米長(zhǎng)的橋面由包括拱頂和橋臺(tái)在內(nèi)的十個(gè)點(diǎn)支撐。這座橋的修建耗費(fèi)了1450噸鐵，其中750噸用在單拱上。為了避開(kāi)不穩(wěn)定的土壤條件，沒(méi)有支撐橋墩或者工作架架設(shè)在河床上。橋拱的施工順序以河兩邊的用起重機(jī)建設(shè)的橋墩建設(shè)為開(kāi)始。拱面被預(yù)裝配后送到施工地，在那里他們由斜拉鎖支撐以主軸為中心旋轉(zhuǎn)。在假設(shè)期間，河的每一邊都有八根懸索支撐懸臂拱。當(dāng)最后一塊拱心石被添加，拱面被連續(xù)安裝直到安裝到中跨。當(dāng)這兩個(gè)半合缺接在一起的時(shí)候，在中心處會(huì)產(chǎn)生可以忽略不計(jì)的偏差。Eiffel指出，“在兩個(gè)半拱內(nèi)表面拱心石交界處，我們可以觀察到，裝配工作完成的如此細(xì)心以至于兩個(gè)拱形部之間的水平偏差被限制到大約1厘米，這作為裝配縫隙的結(jié)果而消失”。這證明了G.Eiffel和Cie.s工夫和設(shè)計(jì)的精確度。橋面在路堤平臺(tái)上組裝，并向拱結(jié)構(gòu)的中心進(jìn)行。橋面的推進(jìn)使用滾軸和人力，其速度為9米/小時(shí)。4.拱的詳細(xì)設(shè)計(jì)和原始計(jì)算拱的跨度和深度受工地約束。拱自身形狀由橋的初始計(jì)算而來(lái)。最初家丁拋物線拱，但會(huì)導(dǎo)致高彎矩。相反，公的形狀最終通過(guò)手工草圖選擇，手工草圖即符合彎矩設(shè)計(jì)又符合了設(shè)計(jì)師感性趣的優(yōu)雅的形狀。伴隨著拱的形狀的確定，設(shè)計(jì)師選擇了新月形拱（這意味著在鉸合處最狹窄，在拱冠處最深）因?yàn)樽畲髲澗爻霈F(xiàn)在左右兩邊的拱冠上。拱的最大深度被指定在拱冠上，新月式形狀就來(lái)源于此。新月形狀以前被用于火車(chē)站的屋頂橫梁，但是這是第一次被用于橋拱。除橋面之外，拱的底部是最寬的，延拱冠變窄為了抵消風(fēng)的作用和來(lái)自火車(chē)運(yùn)輸?shù)乃秸鹗帯＜词乖陬A(yù)應(yīng)力拱的這些特征下，如同Seyrig指出在他的文章中，沒(méi)有直接的方法去確定橫斷面的性能在第一次嘗試。當(dāng)然，由于材料的分配，拱的自重最初是不知道的。Seyrig注意到實(shí)驗(yàn)和誤差的靠近將會(huì)是長(zhǎng)期的并且很麻煩。相反一個(gè)銜接方法被用于拱桁架的細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)。起初，Bresse的圓拱理論被用于決定一個(gè)推力拱的初步的價(jià)值。為了采用這個(gè)理論，假定拱的中性纖維接近圓形拱，橫斷面關(guān)于中性軸對(duì)稱，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量并沒(méi)有太多的延拱變化（雖然在拱冠處加深，朝向鉸鏈方向橫截面的面積增大的慣性矩足夠接近恒定）。根據(jù)這些假定，Seyrig聲稱，使用Bresse的變截面圓形鐵拱設(shè)計(jì)方案是有可能的。使用這些嵌板，Seyrig發(fā)現(xiàn)一個(gè)初步的推力值，因此，所有外部荷載的橋梁（包括橋面自重）是已知的。然后拱被分為兩個(gè)體系：(1)一個(gè)拱是豎向的斜構(gòu)建（2）豎向是相同的形式但是構(gòu)建相反。圖標(biāo)靜力學(xué)被用于計(jì)算每個(gè)體系中的任意一個(gè)構(gòu)建的壓力。然后兩個(gè)體系疊加在一起去計(jì)算出每一個(gè)構(gòu)件上的全部壓力。圖4，醒目地顯示了用圖表靜力學(xué)設(shè)計(jì)瑪利亞皮亞大橋。但是由于結(jié)構(gòu)的顯著性和他的長(zhǎng)跨度，成立一個(gè)特別委員會(huì)調(diào)查其安全性和穩(wěn)定性。本次調(diào)查研究采用了力學(xué)的分析方法，通過(guò)數(shù)值積分處理拱的最后的細(xì)節(jié)問(wèn)題和計(jì)算。更具體地說(shuō)，這個(gè)分析方法用于計(jì)算水平應(yīng)力和作用在拱上的各種荷載，包括自重，三個(gè)靜態(tài)活荷載和風(fēng)荷載。例如，計(jì)算水平反力，釋放的鉸鏈的水平自由度，施加到拱上的給定負(fù)載。水平轉(zhuǎn)換能夠通過(guò)分析彎曲的影響和拱上每個(gè)部分的軸心壓力而計(jì)算出來(lái)。然后除去荷載，施加水平推力。水平轉(zhuǎn)換由于在只用推力作用是具有相同的方式。要求的總的水平位移為零，由此可確定水平推力。對(duì)于這樣的計(jì)算，每個(gè)拱的一半被分成11部分，每段的截面特性被投射到中性軸上。拱的幾何形狀和截面特性見(jiàn)表1。然后采用數(shù)值積分的計(jì)算1，參見(jiàn)Winter等。這種分析方法的一種審查。參見(jiàn)Thrall，為這個(gè)方法怎樣使用于Seyrig的計(jì)算做更詳細(xì)的討論。主要到軸和彎曲變形在這個(gè)方法中被考慮到。如果軸向影響被忽略，自重下的水平力將會(huì)僅有1.5%的不同。水平推力上的這種差異實(shí)際上是可以忽略不計(jì)的，并顯示軸向影響可能已經(jīng)被完全忽略。另外，Parker在1881年他發(fā)表的論文上對(duì)橋進(jìn)行論述，水平的反應(yīng)可能已直接解決9。這種直接的方式被用在Eiffel的討論和他對(duì)加拉比高架橋的計(jì)算中10。表1拱的幾何性質(zhì)，第一列表示節(jié)點(diǎn)（見(jiàn)圖5），第二列和第三列分別表示水平和豎直的坐標(biāo)，第四列表示橫截面面積，第五列提供拱的平面轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，第六列提供拱的垂直平面轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)載自Seyrig表1和表141。5.分析自重，活載和風(fēng)荷載本文評(píng)估瑪麗亞皮亞大橋在自重，三個(gè)靜態(tài)的活荷載，橫向風(fēng)荷載作用下的行為。圖5提供了橋的立面圖包括墩的編碼和拱的節(jié)點(diǎn)編號(hào)。注意到拱的層面交叉點(diǎn)被建模為兩個(gè)最靠近拱冠的墩。表2提供了用于這些分析的材料屬性。Seyrig提供拱的性能表1供讀者參考。Seyrig沒(méi)有提供墩的幾何性質(zhì)。我們假定一個(gè)合理的橫截面面積（0.0280平方米）集中在墩的邊緣（假定其整個(gè)長(zhǎng)度是恒定的）?；跇虻挠?jì)劃，墩3和4范圍內(nèi)的寬度（在橋面內(nèi)），基線4.8米頂部1.532米。為了簡(jiǎn)化碼頭，我們認(rèn)為只有九個(gè)章節(jié)，每個(gè)假設(shè)有一個(gè)固定的寬度。這些恒定橫截面部分的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算的，請(qǐng)參閱表3。墩3和4的范圍從底部0米到頂部42米。墩1,2,5和連接層面的拱在更高的海拔。但根據(jù)它們的相對(duì)位置，被假定為具有相同的截面特性。墩1-5被假定固定在地面上。墩1,2和5輥連接到橋面上墩3和4樞接到橋面。連接共和橋面的橋墩被假定在拱處有一個(gè)固定的連接，在橋面有輥連接。Seyrig也沒(méi)有提供任何與橫截面面積有關(guān)的詳細(xì)信息和橋面的慣性矩。要找到這些屬性合理的價(jià)值，我們采用一種非對(duì)稱的活荷載（選擇，因?yàn)樗峁┮粋€(gè)極端的相互作用的橋面拱），一個(gè)橋面性能估算的有限元模型。這些估計(jì)進(jìn)行了改進(jìn)，直到我們密切匹配的結(jié)果被Sryrig提出。橫截面面積和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量分別為0.0326 和0.1000 。這個(gè)研究中的所有分析都使用了結(jié)構(gòu)分析程序（SAP）。本研究假設(shè)一個(gè)容許應(yīng)力為6000 t / m2基于埃菲爾在他的論文中使用的嘎拉比特10。注意，在全文中，作者使用的單位為G.Eiffel和Cie當(dāng)時(shí)設(shè)計(jì)時(shí)候使用的單位。5.1自重分析通過(guò)建立一個(gè)二維模型拱單獨(dú)的中性纖維（忽略橋墩和橋面）進(jìn)行自重下的拱的分析。拱任一側(cè)上的鉸鏈被建模為引腳拱的平面中的約束。表1提供了拱的幾何形狀和截面特性。橫向支撐有關(guān)的數(shù)據(jù)是不可用。因此，為獲得拱的所有自重，在Seyrig計(jì)算自重的基礎(chǔ)上我們采用了點(diǎn)荷載，在每個(gè)節(jié)點(diǎn)上，而不是依靠在SAP中自重的負(fù)載情況。這些點(diǎn)荷載從時(shí)刻值中倒推計(jì)算出來(lái)，這些值是Seyrig在他的數(shù)值積分表中為計(jì)算僅在自重作用下的水平推力得出來(lái)的。分析時(shí)，這個(gè)模型發(fā)現(xiàn)了一個(gè)水平的反應(yīng)可以忽略不計(jì)不同于Seyrig的數(shù)值。拱的上弦邊層纖維的壓力值比Seyrig的數(shù)值上升4.6%。下弦的邊層纖維，平均差僅為1.3%。這些比較為我們的建模策略提供了自信。一個(gè)高效的雙鉸拱設(shè)計(jì)具有在自重下最小彎曲。考慮到負(fù)載下彎的幅度，因此開(kāi)始評(píng)估這個(gè)設(shè)計(jì)的效率。為了可視化的彎曲量，我們疊加拱的形狀與圖6中的彎曲的幅度。圖6中的實(shí)線示出的拱的形狀。虛線表示的力矩（除以100的縮放）添加到拱的垂直坐標(biāo)。當(dāng)力矩為零,平面圖完全重疊。正力矩(高于拱線)意味著壓縮在頂端的因素。負(fù)彎矩（拱線下面）意味著在元件底部的壓縮?？傮w來(lái)說(shuō)，彎矩小。例如，最高彎矩發(fā)生在節(jié)點(diǎn)5，其中彎曲的應(yīng)力從上弦處600t/ 和下弦處570t/ 。由彎曲產(chǎn)生的應(yīng)力，即使在最大的時(shí)候也只有假設(shè)許用應(yīng)力6000t/ 的10%。因此表明，在自重下的低彎曲應(yīng)力。這項(xiàng)研究表明，G.Eiffel和Cie.選擇一個(gè)自重下最小化的彎曲形式。125.2活荷載分析原始的活荷載的計(jì)算考慮了三個(gè)靜態(tài)載荷，（A）均勻分布在整個(gè)拱，（B）分布拱的二分之一以上，（C）分布在拱中間80米，每一種情況荷載為4噸/米（見(jiàn)圖7）1。在我們完整的SAP模型中我們采用相同的負(fù)載量（假設(shè)相同幅度）。圖8示出的沿所有三個(gè)負(fù)荷拱的彎曲力矩。沿該圖070m中，由荷載B給出的最大值和最小值（考慮拱的兩半）。負(fù)載B相當(dāng)于在拱的四分之一處加載，因此，人們所期望的最高彎矩出現(xiàn)在四分之一點(diǎn)處，如圖8所示。周?chē)?5米的尖峰可以歸因于墩拱相交的位置。沿拱的其余部分的最小的彎矩也是由負(fù)載B產(chǎn)生。從70m到80m的最大彎矩由負(fù)載C產(chǎn)生。這種分布的活載彎矩包絡(luò)演示了選擇新月形式拱的原因。5.3風(fēng)荷載分析我們采用了靜力，單獨(dú)的橋梁拱上加橫向風(fēng)荷載。拱的每個(gè)部分平面外的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩由Seyrig提供再此文表一中給出。Seyrig假定一個(gè)274t/ 的最大風(fēng)荷載對(duì)應(yīng)于機(jī)翼的速度不會(huì)在整個(gè)結(jié)構(gòu)上在任何時(shí)候都可能發(fā)生，除非一列火車(chē)穿過(guò)。相反，Seyrig假定當(dāng)火車(chē)出現(xiàn)的時(shí)候風(fēng)荷載為150t/ 。接下來(lái)將討論效率，我們認(rèn)為有兩種負(fù)載組合，（1）自重和275t/ 風(fēng)荷載和（2）自重，活載和150t/ 風(fēng)荷載。橫向荷載像拱的每個(gè)節(jié)點(diǎn)上的點(diǎn)荷載一樣被應(yīng)用使用量級(jí)由Seyrig提供。要了解拱在側(cè)向風(fēng)荷載作用下的性狀，圖9表示出拱在275t/ 橫向荷載作用下的彎矩。拱在繪圖計(jì)劃中展示出來(lái)。這顯示出最高的彎矩發(fā)生在拱的鉸鏈處和最低的彎矩發(fā)生在拱冠處。拱在鉸鏈處是最寬的在拱冠處是最窄的，遵循拱在風(fēng)荷載下的彎矩圖。5.4形狀評(píng)估效率通過(guò)在前面的章節(jié)中描述的分析，我們已經(jīng)表示拱在自重下有最小的彎矩，拱在立面的形狀追隨活載最大包絡(luò)線。計(jì)劃中的拱跟隨風(fēng)荷載作用下的彎矩圖。這些研究表明，設(shè)計(jì)師G.Riffel和Cie選擇一個(gè)適宜的邏輯結(jié)構(gòu)形狀。另一種評(píng)估橋的形式的方法是考慮其效率（定義為除以容許應(yīng)力的構(gòu)件中的應(yīng)力）。通常，典型的屈曲控制著壓縮值，大多數(shù)高強(qiáng)度數(shù)值的長(zhǎng)細(xì)比（上弦鉸鏈附近）為29.513。作為這個(gè)結(jié)果，歐拉屈曲應(yīng)力與不能控制這些構(gòu)件設(shè)計(jì)的假設(shè)容許應(yīng)力相比是如此之高（5360000t/ ）。因此，應(yīng)力計(jì)算簡(jiǎn)單地由截面面積除以軸向力。我們計(jì)算了在兩個(gè)荷載組合下拱上下弦每個(gè)構(gòu)建的效率，（1）自重275t/ 和風(fēng)荷載（2）自重，活載（最壞情況下的三個(gè)活載）和150t/ 的風(fēng)荷載。表4提供了兩種荷載組合計(jì)算效率，圖10展示了鉸鏈上下弦在荷載組合2下的效率的視覺(jué)化再現(xiàn)。基于研究，當(dāng)其余的假定許用應(yīng)力在安全范圍內(nèi)時(shí)，很清楚拱的設(shè)計(jì)是非常有效的。6.設(shè)計(jì)的高雅優(yōu)雅的結(jié)構(gòu)，可以認(rèn)為貫通在三個(gè)方面：（1）設(shè)計(jì)師的審美動(dòng)機(jī)，（2）國(guó)際贊譽(yù)（3）現(xiàn)場(chǎng)的可視化分析。Seyrig的報(bào)告清楚地說(shuō)明了設(shè)計(jì)師的審美動(dòng)機(jī)。Seyrig認(rèn)為，工程師太快護(hù)理，往往容易忽視形式的研究。他接著評(píng)論說(shuō)，提供經(jīng)濟(jì)上的節(jié)約的愿望往往覆蓋產(chǎn)生一個(gè)優(yōu)雅的形式的愿望。Seyrig的審美規(guī)則要求，一個(gè)不能忽視的事實(shí)就是在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中對(duì)于美觀的考慮與對(duì)經(jīng)濟(jì)的考慮一樣重要?，旣悂喥啒蚪Y(jié)合經(jīng)濟(jì)與純潔高雅。Seyrig甚至寫(xiě)道，選擇此橋的形式給人印象的剛度和功率，同時(shí)從金屬結(jié)構(gòu)保持亮度。此外，Seyrig注意到，沒(méi)有多余的材料被浪費(fèi)在建筑或裝飾中，暗示關(guān)注經(jīng)濟(jì)的材料1。事實(shí)上，這個(gè)形式在覺(jué)上優(yōu)于設(shè)計(jì)大賽的替代品。最低成本設(shè)計(jì)（圖2D）在視覺(jué)上是不合適的，細(xì)長(zhǎng)的支柱，支持中央跨度看起來(lái)想損壞的拱，大量的橋臺(tái)導(dǎo)致一個(gè)同優(yōu)雅的金屬制品不愉快的對(duì)比。這進(jìn)一步表明設(shè)計(jì)師G.Eiffel和Cie.的設(shè)計(jì)更符合經(jīng)濟(jì)的平衡和優(yōu)雅性。此橋備受?chē)?guó)際好評(píng)，被美國(guó)土木工程師學(xué)會(huì)（ASCE）在1990年授予第11屆國(guó)際歷史土木工程置地廣場(chǎng)。這是埃菲爾設(shè)計(jì)的唯一一個(gè)獲得這個(gè)獎(jiǎng)項(xiàng)的橋14。與這種提名的區(qū)別，米尼奧大學(xué)考古系的Maria Manuela dos Reis Martins寫(xiě)到“有了這樣一個(gè)非凡的建筑，Eiffel為世界帶來(lái)了一個(gè)新的技術(shù)土木工程，并且鼓勵(lì)幾個(gè)工程實(shí)例去設(shè)立桶別的工程類(lèi)似的建設(shè)工程，主要是在關(guān)心跨越深谷工程。15”這個(gè)橋梁的意義的進(jìn)一步證明是Eiffel后來(lái)的杰作嘎拉比特高架橋（1884年完成）。在沒(méi)有傳統(tǒng)設(shè)計(jì)竟?fàn)幭峦瓿涩斃麃喥喆髽虻那闆r下，G.Eiffel和Cie被賦予了這座橋的合約2.16。最后，結(jié)構(gòu)的現(xiàn)場(chǎng)可視化分析可以表明其典雅?，斃麃喥喆髽蜃鳛橐粋€(gè)橋的流派適用于周?chē)沫h(huán)境。它并沒(méi)有通過(guò)便宜的虛飾產(chǎn)生一陣騷亂，相反，它的目的是通過(guò)簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)信息和通信技術(shù)來(lái)表明鐵橋適用在杜羅河谷的天然環(huán)境。在鐵的晶格構(gòu)造中發(fā)現(xiàn)與粗糙相對(duì)應(yīng)的光亮的表面，密集的巖石地形的河和橋跨過(guò)的河谷。與此同時(shí)，鐵橋從地面起跨，鉸鏈在巨大的砌體結(jié)構(gòu)上用于鉸接創(chuàng)造一個(gè)即時(shí)理論支持這些研究的目的：把整體重量集中在一個(gè)點(diǎn)上。不管如何接近橋梁，無(wú)論是乘船，駕車(chē)或步行，瑪麗亞皮婭不影響景觀。它只提供了添加這個(gè)古老的歐洲城市的魅力的作用。現(xiàn)在，橋的一側(cè)波爾圖周邊地區(qū)充滿了窩棚，當(dāng)索道設(shè)定在山坡邊。彎曲的路線穿過(guò)這個(gè)臨時(shí)村莊引發(fā)旁觀者對(duì)橋梁的一些意見(jiàn)。似乎是在通過(guò)它的材料，跨度大，結(jié)構(gòu)講述一個(gè)故事，這是個(gè)曾經(jīng)充滿活力的商業(yè)領(lǐng)域。河內(nèi)橋墩的出現(xiàn)提供了一條清晰的路線，順流而下，為圍觀的人提供觀看豪華游艇順流而下的機(jī)會(huì)。各種波爾圖式的船停留在波爾圖和加亞新城河岸。再次強(qiáng)調(diào)，酒的貿(mào)易是很依賴這個(gè)城市的。通過(guò)船從南方接近的橋梁，觀察者發(fā)現(xiàn)連續(xù)鋼結(jié)構(gòu)瑪利亞皮亞大橋取代圣諾昂橋以更大跨度跨過(guò)這條河。它的優(yōu)勢(shì)在其超薄設(shè)計(jì)上，在橋下通過(guò)，觀眾能夠充分看到它的弧線，看似輕盈的結(jié)構(gòu)和在一個(gè)點(diǎn)的火車(chē)軌道維持著里斯本和彼處的交通。19世紀(jì)70年代鐵結(jié)構(gòu)的瑪利亞皮亞大橋，斜條格構(gòu)的橋墩和橋面使觀眾不禁想起這最終將是埃菲爾最令人難忘的作品之一，以他的名字命名的塔?，旣悂喥I體現(xiàn)在其設(shè)計(jì)中的不得不為了要興建而克服的難點(diǎn)。括起來(lái)的拱坐落在一左一右的石墩上，由鉸鏈的支持。在岸上行15米以上上升。這可以歸因于反復(fù)的杜羅河洪水，很多時(shí)候，一樓以上的建筑物沿河岸上升。完成結(jié)構(gòu)顯示，在某些部分，其建設(shè)的環(huán)境和條件?，斃麃喥喆髽蛞鸾Y(jié)構(gòu)演變的進(jìn)展并且在歷史上及時(shí)的為這個(gè)美麗富饒的河帶來(lái)波特酒和葡萄牙文學(xué)文化。7.與今天的關(guān)聯(lián)本文通過(guò)瑪利亞皮亞大橋的經(jīng)濟(jì)性，效率和優(yōu)雅型來(lái)研究其重要的結(jié)構(gòu)。然而，本文的目的不是僅僅作為一個(gè)研究19世紀(jì)橋的例子。相反，作為學(xué)者，義不容辭地從專業(yè)角度提出技術(shù)，歷史，和審美研究的偉大作品是我們的責(zé)任，值得像ASCE國(guó)際歷史土木工程置地廣場(chǎng)那樣從來(lái)沒(méi)有被完全記錄在土木工程文學(xué)獎(jiǎng)。從這些研究中，21世紀(jì)的工程師們可以了解如何設(shè)計(jì)，建造的心態(tài)，這的的工程師擁有像G.Eiffel和Cie.的特征，這可創(chuàng)造出顯著的作品。 從工業(yè)革命開(kāi)始，就有一個(gè)杰出的工程師進(jìn)行平面分析這個(gè)慣例和憑借設(shè)計(jì)建造的心態(tài)去發(fā)展經(jīng)濟(jì)設(shè)計(jì)。托馬斯泰爾福特試驗(yàn)了鐵拱和鐵懸索橋。約翰羅布林憑借他的尼亞加拉河大橋（1855）辛辛那提橋（1866）和布魯克林大橋（1883）避開(kāi)了懸索橋限制。羅伯特馬亞所設(shè)計(jì)的混凝土拱橋從他的Stauffacher橋（1899）進(jìn)化而來(lái)。石拱橋形式復(fù)制Salginatobel大橋（1930年）使用了混凝土的材料，它的特點(diǎn)是箱型截面設(shè)計(jì)18。Othmar Ammann于1931年同時(shí)建成了世界上最長(zhǎng)跨度拱橋（巴約納橋）和世界上最長(zhǎng)的跨海大橋（喬治華盛頓大橋）17。每座橋都使用不同的材料，都有不同的形式和產(chǎn)生的主要作品。每一個(gè)設(shè)計(jì)的主要工作已經(jīng)接受作為一個(gè)歷史標(biāo)志性的土木工程ASCE的區(qū)別14。他們?cè)O(shè)計(jì)中的共同線路是他們概念性設(shè)計(jì)過(guò)程，這一過(guò)程專注于平面分析，并強(qiáng)調(diào)今年興建過(guò)程。現(xiàn)在的工程師在發(fā)展概念設(shè)計(jì)時(shí)在思想上保持教訓(xùn)以至于業(yè)主和設(shè)計(jì)師能夠意識(shí)到外觀的重要性和建設(shè)經(jīng)濟(jì)橋梁對(duì)未來(lái)發(fā)展的重要性。8.結(jié)論 本文基于G.Eiffel和Cie.通過(guò)設(shè)計(jì)大賽贏得合約來(lái)討論了橋的經(jīng)濟(jì)性。在自重，壽命和風(fēng)荷載作用下分析橋的結(jié)構(gòu)展示了他的安全性和高效率。通過(guò)這門(mén)學(xué)科的效率和經(jīng)濟(jì)性，這座橋也展示其優(yōu)雅性如同通過(guò)設(shè)計(jì)者的美學(xué)動(dòng)機(jī)，國(guó)際好評(píng)和每年的現(xiàn)場(chǎng)可視化分析所示。通過(guò)這些任職資格，瑪利亞皮亞大橋可以被視為結(jié)構(gòu)藝術(shù)的主要工程，因?yàn)樗裱脑瓌t如下：效率（用最少的材料達(dá)到令人滿意現(xiàn)狀，并保證安全），經(jīng)濟(jì)（建筑用最低的成本和維護(hù)要求的競(jìng)爭(zhēng)力）優(yōu)雅（美觀醒目，效率和經(jīng)濟(jì)上保持一致）。這些限定性條件通過(guò)學(xué)術(shù)討論作為學(xué)術(shù)指導(dǎo)方針。結(jié)構(gòu)藝術(shù)通過(guò)設(shè)計(jì)來(lái)判斷是一個(gè)連續(xù)統(tǒng)一體，通過(guò)三個(gè)導(dǎo)向線來(lái)進(jìn)行主要工作。橋梁設(shè)計(jì)從有效形式看可以分為結(jié)構(gòu)藝術(shù)與審美動(dòng)機(jī)。這是他們?cè)诮?jīng)濟(jì)和優(yōu)雅上的程度來(lái)確定橋梁的主要工作。Christian Menn寫(xiě)到，“經(jīng)濟(jì)和優(yōu)雅的優(yōu)化需要更多的工程的技術(shù)成分”。它需要?jiǎng)?chuàng)造力，幻想和視覺(jué)形式的敏感性。這些天賦共同組成藝術(shù)工程。Here Menn確定重大的結(jié)構(gòu)性藝術(shù)的關(guān)鍵在工程師在經(jīng)濟(jì)和優(yōu)雅適當(dāng)?shù)男问街g的發(fā)揮。本文介紹了瑪麗亞皮亞橋的結(jié)構(gòu)藝術(shù)的主要工作符合這一定義。此外，本文演示了如何在施工過(guò)程中，場(chǎng)地的限制，以及力的結(jié)構(gòu)下發(fā)展概念設(shè)計(jì)，關(guān)鍵的成功在于工程師G.Eiffel和Cie. 這種方法可以更經(jīng)常地應(yīng)用在今天的設(shè)計(jì)師和業(yè)主。瑪麗亞皮亞橋在服務(wù)完成之日起，直到1991年時(shí)，被圣若昂大橋取代。在此之后，它被關(guān)閉的服務(wù)，但今天仍然站立4。這座橋作為該地區(qū)大跨徑有效設(shè)計(jì)橋依舊是美麗的提醒。確認(rèn)這種材料是根據(jù)工作支持的美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)研究生研究獎(jiǎng)學(xué)金，根據(jù)批準(zhǔn)號(hào)：DGE-0646086。作者還要感謝美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)資助No.0308549，普林斯頓大學(xué)胡應(yīng)湘的財(cái)政支持。吳主席，普林斯頓大學(xué)工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院，普林斯頓大學(xué)土木與環(huán)境工程學(xué)院，和的諾曼J.Sollenberger的獎(jiǎng)學(xué)金。作者還要感謝國(guó)家檔案館的工作人員和國(guó)家行橋梁和道路行政院的協(xié)助。最后，作者對(duì)Ted Zoli HNTB公司的建議和指導(dǎo)表示感謝。參考文獻(xiàn)1Seyrig T.Le Pont sur le Douro Porto.Paris(France):Capiomont and Renault;1878.2Loyretee H.Gustave Eiffel.紐約 (NY)Rizzoli出版社;198