作品名称

似水年华

获奖学生

夏仕洋(专业：土木)、宋南南(专业：土木)、张聪逸(专业：土木)

设计说明

根据全国大学生结构设计竞赛委员会发布的《全国第二届大学生结构设计竞赛细则》，本次结构设计竞赛题目为“两跨双车道桥梁结构模型设计、制作和移动荷载作用的加载试验”。

基于对竞赛题目的解读，认为对本次结构设计竞赛的关键点如下：

(1)结构材料采用组委会统一提供的230克巴西白卡纸、铅发丝线（鞋底）和白胶。

(2)桥面要求满铺且能承受加载小车的荷载，采用两辆重量相同的小车加载，分别行驶在同方向的不同的车道上。当第一辆车匀速行驶到离出发点为1米时，第二辆车开始启动。

(3)加载过程中，避免出现下列情况：模型跨中的最大竖向位移不能超过20mm，即为跨度的1/50；主要构件不能出现失稳、结构变形过大和破坏等，使小车滑落或使小车除车轮外的其他部分与桥面板或桥梁的其它构件接触。

(4)根据竞赛记分规则，要求模型必需用最少的材料承担最大的重量。

基于上述认识，优秀的作品必须是承载效率最高的。因此，我们确定作品方案构思的总原则是：采用最简洁的传力途经，充分利用建筑空间高度，尽量减小跨度，充分利用材料性能。

结构体系

结构体系采用了类似张弦梁结构的体系。该类结构的整体刚度贡献来自抗弯构件截面和与拉索构成的几何形体两个方面，是种介于刚性结构和柔性结构之间的半刚性结构。

由于结构转向块的数量决定了桥面板的跨度，尽可能多放置转向块。但是数量增多，势必造成材料用量增加。另外，数量过多，也不易保证各个转向块的均匀受力，故本作品决定采用2个V形撑，即4个转向块，这样，在一个跨度中，梁相当于被分为5跨。

通过桥面系的抗压和拉索的抗拉来提供截面抗弯，其中跨中处拉索到桥面板中心的距离为H，可以取H＝L/8～L/12＝312.5px～207.50000000000003px。该距离适当加大，可显著提高截面的抗弯能力，材料用量增加不大，因此初步选定取为300px（在设计细则规定的375px内）。

对于桥面板的厚度可以根据桥面板的局部抗压及转向块之间的距离L/N来确定，一般板厚可以取跨的L/16～L/20左右，即h＝L/（N*16～N*20）＝25px～31.25px，因此初步确定取为12mm。

作品特色

总结我们的作品，在结构上主要有以下5个特色之处：

(1) “蜂窝板——张弦桁架”自平衡的结构体系

本结构采用空间板桁组合结构体系，桁架下弦杆采用柔性杆，板采用刚性板。拉索主要受拉，桥面板承受压力，形成自平衡的结构体系。从而减少对下部结构抗侧性能的要求，并使支座受力明确，易于设计与制作。这也满足了竞赛细则关于支座不提供水平力的要求。

(2)蜂窝形桥面板的采用

蜂窝的构造非常精巧、适用而且节省材料。而人类所采用的蜂窝结构强度很高，重量又很轻，现在的航天飞机、人造卫星、宇宙飞船在内部大量采用蜂窝结构，卫星的外壳也几乎全部是蜂窝结构。因此，本作品桥面板采用蜂窝结构，也是一个特色之处。

(3)采用纸带作为柔性拉索承受拉力

在三角撑架下面通过纸带代替一般意义上的拉索。经过理论上以及实验所证明，如果铅发丝线作为拉索，由于弹性模量较低，达不到我们所期待的效果，无法满足张弦梁结构体系所需要的抗拉刚度以及承载力。而用纸带作为拉索，则可以很好的胜任，而且纸带与其它构件的连接也更加方便可靠。

(4)通过撑杆转向装置对桥梁跨度进行减小

结合小车的轨道位置，下部结构采用空间分布的三角撑架，边主梁上有4个中支点，即把边主梁的跨度变为原先的1/5，这样能够节省材料而且能够使结构更安全稳定。中主梁由于只有两个中支点，因此在其附近局部加强。采用此三角撑架明显使桥梁的整体性更好，刚度也更大，同时更美观。

(5)结构制作、施工方便

与其他结构相比，张弦梁结构的构件和节点的种类、数量大大减少，这将极大地方便该类结构的制作、运输和施工。此外，通过控制钢索的张拉力还可以消除部分施工误差，提高施工质量。桥面结构采用有规律的蜂窝板结构，也便于工厂化施工。