山东交通学院第八届结构设计大赛模型组计算书概要.docx

目录 一、赛题分析 ………………………………………（3） 1.1赛题解读……………………………………………（3） 1.2作品名称释义………………………………………（3） 二、结构形式 ………………………………………（4） 2.1 索塔形式 …………………………………………（4） 2.2 索面结构形式………………………………………（5） 2.3 主梁构造……………………………………………（5） 2.4 锚固方式及锚碇优化………………………………（5） 2.5开启结构……………………………………………（5） 2.6 附属拱结构…………………………………………（5） 三、 结构特点…………………………………………（6） 3.1 结构外形特点………………………………………（6） 3.2 结构形式特点………………………………………（8） 四、结构设计图纸…………………………………（13） 4.1 结构三视图………………………………………（13） 4.2 结构三维图………………………………………（15） 一、赛题分析 1．1 赛题解读及灵感来源 这次比赛赛题是用白卡纸、棉线、白乳胶设计制作一座斜拉桥，具体要求如下： 1、基本要求：完整斜拉桥（桥墩、索塔、斜拉索、桥面系），要符合斜拉桥基本结构形态，在合理基础上提倡创新； 2、材料要求：提供白卡纸，棉线，白乳胶； 3、作品提交：斜拉桥图纸（包括三视图，立体图）、模型。 根据赛题要求，我们了解到斜拉桥必须完整、合理，这就需要我们对斜拉桥的构造组成进一步学习了解，掌握各部分结构的作用用途。并且要取得高分，所设计的斜拉桥必须具有创新思维。 通过查阅资料我们了解到，当代仿生技术在桥梁设计中的应用是现在研究的热点。通过吸收生物的生长肌理, 组织结构的特点, 结合桥梁的自身特性, 创造出新颖的桥梁形体, 更好的解决桥梁的功能性和实效性, 在功能、形式、结构等方面模仿自然界中某种生物的特性, 使得桥梁更加适应环境、更加生态、可持续性更强, 具有生命力。还有一点，利用仿生学设计的桥梁往往非常优美。 于是我们想到利用仿生学设计一座斜拉桥。 1．2 作品名称释义 我们所设计的桥梁为单塔单跨单索面斜拉桥，作品名称为“飞天大桥”。 我们的结构仿照天鹅的造型，索塔部位仿照一直昂首朝天的天鹅颈部和头部，桥的附属拱结构仿照天鹅向胸前抬起的一对翅膀横跨河流两岸，气势高昂，线条优美，宛如水中一只朝向天空起飞的天鹅。桥的名字由此得来，故名为“飞天大桥”。 二、结构形式 2．1 索塔形式 格式塔心理学家认为，艺术作品所追求的的不仅仅是平衡、和谐和统一，而且要获得一种由“方向性张力”所构成的“力”的形式。正是在这种“力”的作用下，优秀的造型设计能通过无生命的形来再现生命运动的活力。 因此，我们放弃了传统的索塔形式借鉴荷兰著名的伊拉斯穆斯大桥(the Erasmus Bridge，也有人译为“艾若斯姆桥”)结合仿生学设计了富有动感和活力的纵向折曲的索塔，如图： 伊拉斯穆斯大桥索塔 飞天大桥索塔 图2-1 飞天大桥索塔墩台建在河岸上，索塔重心偏向陆地。 优点：施工简单，避免了河底复杂的墩台施工，在陆上修筑墩台更加稳固。 2.2 索面结构形式 （1）飞天大桥采用单索面形式，其特点是施工简单，且前面视野开阔，其缺点是拉索对抗扭不起作用。 （2）索面形状有辐射形、竖琴形和扇形三种。 其中辐射形斜拉索与水平面交角大，故斜拉索的垂直分力对主梁的支承效果也大。缺点是塔顶锚固点构造过于复杂； 竖琴形斜拉索成平行排列。其优点是可简化与塔的连接构造，塔上锚固点分散，对索塔的受力有利。缺点是倾角小，索的总拉力大时，钢索用量多。 扇形斜拉索不互相平行，兼有上述两种布置方式的优点。 结合以上分析，我们选择采用扇形的索面。 2.3 主梁构造 由于飞天大桥采用单索面设计，因此，主梁设计时应采用扭转控制设计，主梁采用抗弯和抗扭刚度大的箱形截面预应力混凝土梁。具体形式如图： 图2-2 主梁截面图 2.4 锚固方式及锚碇设计 根据飞天大桥的结构形式选择地锚体系，用两根拉索岔开锚固于近地端路面两侧。这样锚固相对于自锚体系及部分地锚体系都要稳固，两根拉索分开锚固能在横向上稳固索塔，与桥面拉索构成三角锚固，更稳定。如图： 图2-3锚固方式 通过查阅资料了解到，传统的锚碇结构废料且不美观。通过拓扑优化后，能对材料得到最充分的利用。通过拓扑优化，实体的重力式锚碇变成了半框架形式，从而在总重量上会轻很多，强度不会减落。且最大的效果是，使结构外形更加灵活美观。 2.5 开启结构 为了便于通航，我们在桥的另一端（索塔对面一端）设计了可以开启的桥段。开启桥面一端可以绕轴向上转