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
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
图1-1 颐和园玉带桥
图1.2河北赵州桥
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。

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1-4 三角桁架
图1-5 鱼腹形桁架
图1-6 最终模型
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制作工艺
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
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/m 3。

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
带槽的小木块，类似榫卯结构
受拉腹杆采用双片薄木片对夹的形式连接
树皮作节点板，剪成翅膀状，贴合构思
图1-8 特色节点处理
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。

2.3内力分析
图1-10 截面轴力图图1-11 剪力图2=2
图1-9 结构模型图
2.4承载能力估算
由于受到制作误差的限制，我们估计的最大承载力在15kg ，达到满载，但挠度会较大。

2.5破坏形式估计
1、拱脚处的木块粘接力不够，推力将其剪开，导致丧失承载力；
2、受拉杆被拉断；
3、受压杆受压失稳破坏；
4、结构侧向稳定性不够，受扭破坏。

【参考文献】
【1】增田一真（日）著，任莅棣译 结构形态与建筑设计 中国建筑工业出版社 2002.11 【2】Mechanics of Materials (美)J.M.盖尔著 机械工业出版社
【3】Engineering Mechanics STATICS Andrew Pytel Jaan Kiusalaas 著 清华大学出版社 【4】结构概念分析与SAP2000应用 彭俊生 罗永坤 主编 成都：西南交大出版社 2005.10
做大一点，
成拱桥,做三层，中间一层用多个小圆柱, 然后再下面放一个架子撑住。

图1-12 剪力图3=3
图1-13 扭矩图
图1-14 弯矩图2-2 图1-15 弯矩图3-3
把纸折成正六边形就可以了，最坚固，然后再做成拱形。

六边形和拱形都是很稳的结构，飞机翼的内部也有六边形的结构。

把纸裁剪成小块做成一个个小纸桶
几个纸筒粘合在一起做成捆绑立住当桥墩并排纸筒粘合在一起成子弹带装做桥面
如果桥面承重不到标准可以在上面多铺一层
讲究点的可以用纸捻成很细的纸绳做出拉索（看看金门大桥那样）
这样是最节约纸张就最大受力的状态
先把纸卷成细的卷，要卷紧。

这个卷能承受的压力不会很大，而且越长承受的压力就越小，越易被压坏。

但是卷能承受的拉力是很大的，他们是调整结构把这些卷全变成受拉构件。

在非要受压不可时，他们把纸卷截的短些，用很多细的纸卷在这个受压的地方共同承受压力。

具体方案我也不知道，不过你可以根据这些自己想办法，我想你肯定行的。

好像这个方案的指导老师是个博士！。