历届结构设计竞赛优秀作品选登(桥梁)

图1-2 河北赵州桥

历届结构设计竞赛优秀作品选登（桥梁结构设计）

岸芷汀兰

鲍凯曼、邰 昊、吴小亮

1、设计说明书

方案构思

唐朝诗人杜牧一首《阿房宫赋》，以浓墨重彩之渲染，为世人勾绘出一座前所未有、宏伟壮观的宫殿建筑群，而“项羽焚烧阿房宫”的扑朔迷离，更是让这座“空中楼阁”成为人们魂牵梦绕的千古之谜。

“长桥卧波，未云何龙？覆道行空，不霁何虹？”长桥卧波的妩媚，点缀了这座富丽堂皇的神秘宫殿，也成为后世造桥人心怀向往的审美典范。

于是，在阿房之后，有了西子湖里的断桥残雪，有了颐和园里的玉带涟漪，有了“天下第一桥”赵州桥立千年而不倒的雄齐伟岸！

桥，因水而生；水，以桥而名。

于是，我们在府南河上，架起这座“不霁何虹”的长桥，在“岸芷汀兰”的淡淡幽香里，在天府蓉城的淡妆素裹里，去追寻阿房宫的堂皇，去诠释美的定义。

1.1 结构选型

构思跃然纸上，我们开始迫不及待地选择结构型式。为了能实现承载要求，我们做了以下几个方案分析：

1.1.1拱形结构

拱桥造型优美，非常吻合我们的构思。力学上其适于承受均布荷载，但考虑到木材的脆性，拱圈不易制作，而分段拼接的方式又增加了节点，自重增加。该结构为备选模型之一，见图1-3。

1.1.2三角桁架结构

在跨中集中荷载作用下，采用稳定性较高的三角形桁架，非常符合加载要求，且挠度控制较好，因此是备选方案之一。见图1-4。

1.1.3鱼腹形桁架结构

图1-1 颐和园玉带桥

拱形桁架结构，结合了拱和桁架二者的优点，造型较为优美。但杆件较多，节点也复杂，考虑到木材的特点，制作复杂。见图1-5。

1.1.4最终选型

经过反复试验和甄选，我们决定从构思出发，以拱形为基本要求，结合桁架的特点，我们采用了如下结构型式。

图1.2河北赵州桥

图1-4 三角桁架

图1-5 鱼腹形桁架图1-6 最终模型

1.2材料试验

1.2.1木材强度与含水率

经过查阅资料，我们发现：木材顺纹抗拉强度最高，抗弯、顺纹抗压强度稍差。由于木材的不均匀性，决定了其许多性质的各向异性，在强度方面尤为突出。

木材含水率在纤维饱和含水率以下时，含水率越高，强度越低:含水率在纤维饱和含水率以上时，木材强度基本无变化。

为了避免含水率变化对材料变化带来不利影响，木桁架尽可能采用干燥的木材。

1.2.2实际工程节点连接形式

在实际工程中，木结构节点的连接如图3.2所示。轻型木析架结构分析按照简化方法模型得到杆件内力，设计时，轴力取杆件两端轴力;弯矩取杆件跨间和两端弯矩的最大值。轴力的方向取为杆件几何中心线一致

图1-7 实际木结构节点形式

1.2.3木材的力学性能

1.3结构设计

1.4.1截杆

裁杆是模型制作的第一步。经过试验我们发现，截杆时应该根据不同的杆件，采用不同的截断方法。对于质地较硬的杆应该用工具刀不断切磋，如同锯开；而对于较软的杆应该直接用刀刃用力按下，不宜用刀口前后切磋，易造成截面破损。

1.4.2端部加工

端部加工是连接的是关键所在。为了能很好地使杆件彼此连接，我们根据不同的连接形式，对连接处进行处理，例如，切出一个斜口，增大连接的接触面积；刻出一个小槽，类似榫卯连接等。

1.4.3拼接

拼接是本模型制作的最大难点。由于是杆件截面较小，接触面积不够，乳胶干燥较慢等原因，连接是较为困难的。我们采取了很多措施加以控制，如用铁夹子对连接处加强压、用蜡线进行绑扎固定等。对于拱圈的制作，则预先将杆件置于水中浸泡并加上预应力使其不断弯曲，并按照先前划定的拱形不断调整，直至达到理想形状。

在拱脚处处理时，先粘结一个小的木块，让后用铁夹子施加很大的压力，保证连接能足

够牢固。

乳胶粘接时要不断用电吹风间断性地吹风，使其尽快形成粘接力，达到强度的70%（基

本固定）后即可让其自行风干。

1.4.4风干

模型制作完成后，再次用吹风机间断性地吹粘接处，基本稳定后，让其自然风干。

1.4.5修饰

在模型完成之后，为了增强其美观性，用砂纸小心翼翼的将杆件表明的毛刺打磨光滑，注意不要破坏结构，以免影响其稳定。

1.5特色处理

带槽的小木块，类似榫卯结构

树皮作节点板，剪成翅膀状，贴合构思

受拉腹杆采用双片薄木片对夹的形式连接

图1-8 特色节点处理

2、设计计算书

2.1计算模型

2.1.1支座简化

由于模型加载条件为跨中竖向集中荷载。结构整体变形表现为受弯。考虑平衡的极限

状态，我们假定底座为四个简支制作。如图8.1.1所示。

2.1.2杆件简化

各杆件均采用3mm×4mm矩形截面。分析材质选用较为均质的steel，其中由于不考虑

自重影响，将密度设为0 kg/m3。

2.1.3荷载简化

最大加载值F M a x=15/2=7.5 kg。

2.1.4模型建立

运用AutoCAD建立模型，保存为dxf文件导入SAP2000软件进行模型的荷载计算和受

力分析。

2.2荷载分析

横向水平荷载大小控制在4.5k g左右，以两个集中荷载的形式对称加载（各2.25kg,即22.5N）在模型顶部。通过对单个杆件的理论计算，总体看来要保证结构不破坏，主要

是要解决好杆件的受压失稳和各节点的受力情况。

图1-9 结构模型图

图8.4.1 结构模型图

2.3内力分析

图1-10 截面轴力图图1-11 剪力图2=2