結構大師-克里斯蒂安·門
作者：顧樂明
Christian Menn（1927—），瑞士傑出橋樑工程師，蘇黎世聯邦工學院（ETH）教授。設計建成橋樑100多座，代表作有Ganter Bridge，Sunniberg Bridge等，其美學理念深遠地影響著後輩的橋樑工程師。1990年獲弗萊西奈獎章（Freyssinet Medal），2009年獲IASBE國際橋樑協會獎章。
早期的作品
1956年獲得博士學位後，Menn在巴黎參與聯合國教科文組織總部大廈的建設，大廈的結構設計師是奈爾維(P.L. Nervi)。1957年，他回到瑞士，同年6月份開設自己的事務所。此後幾年他設計了許多橋樑和大廈，在瑞士的橋樑競賽中多次斬獲一等獎。1971年，Menn回到母校ETH任教，從那時起，他擔任了瑞士大部分橋樑的顧問。1977年開始，他一直是瑞士鋼筋混凝土與預應力鋼筋混凝土建築規範委員會的主席。
Menn早期設計的橋樑明顯受馬亞爾（Robert Maillart）影響。
▲Kolsters Bridge (馬亞爾設計)
▲Averserrhine Bridge in Crot (Menn設計/1960)
▲Salginatobel Bridge (馬亞爾設計)
▲Averserrhine Bridge in Letziwald (Menn設計/1960)
隨著60年代瑞士人工成本的上升，支座間距密集的上承式加勁拱變得很不經濟。同時，由於預應力技術的發明和使用，橋面梁的跨越能力增大，後期設計的橋樑中，Menn將加勁的板間距加大。
1964年竣工的Reichenau Bridge拱跨度達到100m，橋面梁為預應力混凝土空腹箱梁，同時對拱起加勁作用。與之前同類型的橋樑相比，加勁板的間距拉大很多，形態更加簡約。
▲Reichenau Bridge/1964
▲Nanin Bridge in Mesocco/1968(Nanin Bridge是兩座橋，這是其中一座)
Felsenau Bridge/1974
Felsenau Bridge是一座雙薄壁墩連續梁橋，橋墩由兩片狹長的混凝土牆體組成。主跨156m，凈跨144m，是當時瑞士最大的跨度。薄壁橋墩順橋向因為兩端荷載平衡，無需承受太大的彎矩；而在橫橋向能提供足夠的抗側剛度。
Felsenau Bridge另一個創新的地方是使用了單室箱梁。過去橋樑往往使用的是兩根箱形大梁，橋面的每一半用一根，因此實際上建造的是並排的兩座橋。單箱式大梁經濟性更好，施工時也更方便。
箱梁在靠近支座處高度增加，同時箱梁截面底部寬度收小，與墩柱平滑過渡。單室箱梁與雙薄壁墩的結合使橋樑的立面更顯輕盈，與自然環境完美融合。
▲預應力圖紙
橋樑的建造採用了懸臂施工方法，與拱橋的滿堂腳手架相比，大量地節省了人工成本。
甘特橋（GanterBridge/1974）
甘特橋總長678m，最大跨度174m，最大塔高150m。該橋位於瑞士和義大利交界處的國道上，跨過甘特山谷。最初考慮在山谷右岸設置1.5公里長的隧道與老甘特橋相連，後採納了Menn提出的建造新甘特大橋的方案。新方案與隧道方案相比，可縮短1.7公里，節省一半的工程費用。
甘特橋為8跨連續單室箱梁，主跨三孔由三角形的預應力混凝土板懸吊著主樑，使87m（主跨174m一半）的懸臂跨度減少到只有36m，梁高顯著降低至2.5米~5米。主樑為寬10米的箱形截面，橋面以上的混凝土塔高控制在15 米以下，因此斜拉預應力混凝土板很平坦。
與主跨相連的兩個邊跨部分，為不同方向的兩個曲率半徑為200m的弧線，所以甘特橋平面呈S形。
甘特橋的斜拉預應力混凝土板中配置多束預應力鋼絞線，錨固在橋塔和梁中。先進行預張拉，再用混凝土包裹。混凝土板在橋面處厚度為0.4m，在橋塔附近逐漸增厚，橋塔處截面為1.0x0.8m。混凝土板本身按照使用荷載時不產生拉應力進行設計。
拉索外面包裹混凝土帶來兩個好處：1. 保護拉索不受腐蝕；2. 混凝土板的存在，使得正常使用狀態下，預應力拉索的應力變化幅度是其他拉索橋的1/5，沒有疲勞風險。
▲Ganter橋與Salginatobel橋
內置拉索的混凝土板本質上是將支座處的梁截加高了。這讓小i想起年初寫的兩篇關於梁的文章，跨越結構的形式可以千變萬化，但本質上都可以追溯到梁的形態。
將馬亞爾設計的Salginatobel橋倒置後貼到Ganter橋的下方，兩者竟有幾分神似，在瑞士優美的風景中非常和諧。
桑尼伯格橋（Sunniberg Bridge/1998）
在20世紀末國際橋樑和工程協會組織的「20世紀15座世界最美橋樑」評選中，桑尼伯格橋和甘特橋都位列其中。它們就像山谷中盛開的鮮花，充滿活力。
桑尼伯格橋是一座四塔斜拉橋，主橋跨徑為（59＋128＋140＋134＋65）米，最高橋墩為62米，橋面以上塔柱高15米，最大跨度/塔高=9.3。
對於混凝土橋樑，達到一定長度後就需要設縫，橋墩與橋面梁需要佈置滑動支座，這幾乎已經是現代橋樑設計的常規做法。但是桑德伯格沒有設縫，雖然橋的總長度達到526m，但因其平面是弧形的（曲率半徑為500m），由四季溫差引起的變形、混凝土的收縮、徐變都可以通過弧形橋面弧度的變化得到釋放。而因為沒有變形縫和支座，橋樑的施工難度大大降低，後期的維護成本也下降很多。
為了不對圓弧橋面的變形造成過度約束，橋墩在橫橋向需要做得柔一些。Men將橋墩設計成框架式，橋墩兩側混凝土薄牆呈拋物線型，由下至上逐步展開，形態優美。
講一個小插曲，1979年卡拉特拉瓦（Santiago Calatrava）在ETH學習時，有一篇橋樑論文的指導老師是Menn。Menn讓他做幾個山谷中矮塔斜拉橋的橋塔方案，老卡當年的作業如下（直到2004年才發表出來）。Menn可能1979年時就已經想做一個這樣的矮塔斜拉橋了。
八卦說完，回到正題。還是因為平面的弧形，在水平地震和風的作用下，橋面梁可以形成拱效應，以彌補柱墩抗側力的不足。因此，在橋樑與山谷邊緣連接的位置處，沒有支座，取而代之的是很大的橋臺，需要將9500KN的水平力傳遞給山坡。不過橋臺的大部分可以埋藏在土中，外面看上去並沒那麼大。
▲左為橋臺。右為與山坡交界處橋面，未設變形縫。
桑尼伯格橋位於海拔1050m，冬季溫度很低，降雪量雪很大。所以，為防止融雪劑對鋼筋的腐蝕，部分區域的鋼筋使用的是耐腐蝕特種鋼筋。為了使化雪後的水不在車道上流淌，在橋面的高側也設置了排水管，排水管也設置了加熱裝置。
▲橋下的排水管和拉索的錨固端
▲橋樑的橫剖面（因為平面有弧度，所以橫剖面有一個7°的傾角）
Menn的橋樑作品超過100座，在此無法一一介紹，僅放一些照片供讀者欣賞。
▲Nanin Bridge in Mesocco/1968
▲Biaschina Viaduct in Giornico/1983
▲Leonard P. Zakim Bunker Hill MemorialBridge/2002
參考文獻：
1）百度百科、維基百科
2) 《瑞士甘特橋Ganter Bridge 原來斜拉橋還可以這麼設計》搜狐號：極客風
3) 《塔與橋》 戴維.比林頓
4) 《The Impact of the Sunniberg Bridge on Structural Engineering, Switzerland》ThomasVogel, Kristian Schellenberg.
5）本文圖片均來源於網路，版權屬於原作者或網站
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