山东交通学院第八届结构设计大赛模型组计算书.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动。开启的桥段采用钢结构梁。如图：图2-4 开启桥段2.6 附属拱结构由于桥面较长，我们设计了附属在桥面两侧的斜拱结构。其能发挥很多作用：减小拉索及索塔所承