第2个回答 2013-05-26
学与美学
——简析桥梁结构中的力学和美学关系
在生活和工程实践中，可以发现许许多多力学与美学巧妙结合的奇迹，即使
是在遥远的古代，人类也知道和需要美。马克思说：“人还按照美的规律来创造。”
美学，它应该就是指导人们按照美的规律来改造客观世界与主观世界的科学，历
史上的人们正是按照美的规律来处理许多力学问题的。力学和美学可说是“良缘
早定”。
近年来，交通事业的迅猛发展为桥梁建设带来了良好的机遇。在我国大江、
大河以及城市中陆续修建了许多造型新颖、设计独特的桥梁。在城市景观中桥梁
所起的美化作用日益受到人们的重视和关注，这向桥梁设计提出了更高的要求：
不仅只考虑桥梁结构的工程问题，还应考虑桥梁造型的艺术问题。其关键之处在
于如何把握和处理力学和美学之间的关系。
其实，我国古代就有优秀的
范例。以举世闻名的河北省赵县
的赵州桥（图1）作为例子。该
桥为李春创建于隋大业初年（公
元605 年左右），是一座空腹式
的圆弧形石拱桥，净跨37.02 米，
宽9 米，拱矢高度7.23 米。在
拱圈两肩各设有两个跨度不等
的腹拱，这样既能减轻桥身自
重，节省材料，又便于排洪和增
加美观。它的设计构思和艺术造
型可说是达到了力学和美学高
度的和谐统一。无怪乎唐人就曾
有“望之如初月出云，长虹饮涧”
的赞美。
拱桥的结构可说是充分考
虑了美而又符合力学的要求，例
如选用圆弧或二次抛物线这类
优美的曲线作为合理拱轴，它既
美而又满足“在竖向均布荷载作
用下拱轴线各截面的弯矩和剪
力均为零，即只有轴向压力”的
要求。
拱桥是桥梁中最能体现美的一种
桥型。拱桥态似彩虹，以主拱圈优美
的弧线显示了其固有的曲线美，使拱
桥具有活泼、优美、流畅的特点，同
时又不失力度感。多孔连拱桥由于主
拱圈的重复出现或按一定规律变化，
可呈现出连续或渐变的韵律和节奏感
（图2），使美丽的桥梁看上去如无声
而美妙的音乐。
拱桥的这种曲线结构形式同时也
获得了良好的力学效果。在竖向力作
用下，主拱的曲线形式使拱桥产生了
区别于梁式结构的拱脚水平推力。正是这个水平推力，使拱内产生了轴向压力，
从而大大减小了拱圈截面的弯矩。与受弯梁相比，截面上的应力分布将更为均匀。
故拱桥结构可充分利用主拱的材料抗压强度，使跨越能力增大。另外，主拱及腹
拱的曲线造型还可以有效排泄水流，减轻洪水对桥梁的破坏作用；腹拱的设置又
可进一步减轻结构自重，增强桥梁跨越能力。
除了拱桥以外，桥梁结构中的力学和美学还体现在其他结构形式中。
以在城市桥梁中发挥重要角色的斜拉桥为例。斜拉桥以其索塔和拉索等构件
的多种构造形式，为城市增添了无限魅力，成为一座城市或一个时代的标志，一
个时代的人文景观。从拉索索距来看，目前斜拉桥都趋向于索面内多根拉索紧密
排列，即采用密索体系。多根拉索在索面内的布置形式可采用竖琴形、辐射形及
扇形（图3），从远处看索面犹似薄纱，近看纤细而有力。通过拉索有规律的排
列，给人以斜向向上的力动感和强烈的节奏感；与水平刚劲的主梁和挺拔高耸的
索塔相比，又显出它的轻巧柔美。
实际上，密索体系所起的力学效应是至关重要的，是整座斜拉桥结构受力的
精髓。由于多根拉索的设置，相当于对主梁施加了多个竖向弹性支承点，好比多
跨弹性支承的连续梁一样，使主梁内的弯矩值得以大大地降低，这不但可使主梁
的尺寸减小，而且结构自重显著减轻，大幅度地增大了桥梁的跨越能力；同时，
在索塔两侧对称布置的拉索所提供的水平分力，可以对主梁产生预压力，增强抗
裂性能。
从以上方面可看出，桥梁结构在力学和美学上具有协调性和一致性，桥梁能
带给人以美感的同时还满足了受力上的合理性。实际上，结构中力的传递，本身
就是一种能给人以美感的因素。著名桥梁专家樊凡先生在对赵州桥的审美评价时
就提出了“力线”的概念，他认为“力线明快感”是赵州桥的一大特色。
建设新时期的桥梁，不仅要重视桥梁设计中实用、安全、经济的一面，还需
具有美学意识和审美能力，以及创作美的手段和能力。近几十年，尤其是迈进二
十一世纪以后，我国交通事业迅猛发展，更使得我们必须加强自身素质，力争成
为技术知识与美学修养兼备的新型人才。如何处理力学和美学间的关系，是未来
桥梁设计中的关键问题。一个优秀的桥梁艺术家，总会找到二者之间最好的切入
点。
一件流芳百世的桥梁艺术品，将是力学和美学的完美结合。本回答被网友采纳