立交桥设计方案-西南交通大学第四届暨西华大学首届力学创新实验大赛

—1—西南交通大学第四届暨西华大学首届力学创新实验竞赛西南交通大学第四届暨西华大学首届力学创新实验竞赛西南交通大学第四届暨西华大学首届力学创新实验竞赛西南交通大学第四届暨西华大学首届力学创新实验竞赛作品名称：作品名称：作品名称：作品名称：交大腾飞交大腾飞交大腾飞交大腾飞参赛队员：参赛队员：参赛队员：参赛队员：姓名：刘哲艺学号：20105491学院：艺术与传播学院姓名：朱允瑞学号：20114548学院：力学与工程学院姓名：周平学号：20110632学院：土木学院姓名：张云飞学号：20114550学院：力学与工程学院姓名：谢子洋学号：20110656学院：土木学院指导老师：无指导老师：无指导老师：无指导老师：无西南交通大学第四届力学创新实验竞赛委员会二〇一二年五月—2—目目目目录录录录一、设计方案……………………………………………………………3333二、理论方案……………………………………………………………4444三、结构造型及功能介绍………………………………………………7777四、作品创新点…………………………………………………………7777五、制作工艺……………………………………………………………10101010六、软件分析……………………………………………………………11111111七、参考文献……………………………………………………………13131313八、总结…………………………………………………………………14141414—3—一、设计方案一、设计方案一、设计方案一、设计方案今天，我们西南交通大学已经走过了风雨沧桑的115周年，即将迎来116年的生日，在这一百多年漫长的办学历程中，我们学校经历了无数次的更名和搬迁。学校每到一地，就在当地传播文化，培养人才，在神州大地上勾画出一条条美丽的痕迹，这是一条传播文明的痕迹。我们希望以交大的“痕迹”来设计一座我们心中的“交大”立交桥。《易经·泰卦》有言曰：“天地交而万物通也，上下交而其志同也。”天地之交是最大的“交”，是万物大“通”之时。这正是交通大学之所以命名“交通”所蕴含的人文精神和办学理念。作为交通大学，西南交大致力于国家交通事业的发展，为祖国的交通运输事业作出了杰出的贡献，并始终以振兴国家为己任，因此，我们的作品自然与交大紧紧相连。我们的作品展现出来的是篆书字体“交大”的融合（如下图），从平面上展现了我交大的一个缩影，具有丰富的内涵。这种造型古朴隽永，而且将交大精神——“竢实扬华，自强不息”蕴含其中。图1篆书“交大”—4—这也体现在校徽上二、理论方案二、理论方案二、理论方案二、理论方案1111、桥墩上的桥面采用三角形桁架此结构受力均衡牢固，结构外形简洁、流畅，刚度大，几何特性好，抗拉性较强，抗压性较弱（结合纸张的特性），同时制作简单。桁架结构由于在节点处摒弃了传统的连接构件，而将各杆件直接焊接，因而具有施工简单，节省材料的优点。承受风力或水流等荷载作用时，荷载对管结构的作用效应比其他截面形式结构的效应要低得多。2222、合理设计受压桥面和桥墩考虑到纸的特性，桥墩采取“工”字形，使其受力均匀，并增加其层数，加大桥面的厚—5—度。我们在桥面的衔接处与桥面及桥墩的接触处都做了一定的处理，使桥面更加坚固而不被压垮。合理设计的桥面和桥墩将具有一定的抗震和抗压能力，在一定程度上降低交通事故发生的可能性。在竞赛要求的载重部分，我们使用整条50cm50cm50cm50cm长7777根三角桁架组成了“交大”二字的“一”横部位。考虑其载重要求和其宽度，我们在7777根三角桁架中加入了30cm30cm30cm30cm长的实心纸圆柱，并将他们对称的放在中心位置。—6—3333、立交桥的照明系统设计立交桥处是否畅通、安全，不仅取决于立交桥及其匝道的设计是否合理，同时还取决于立交桥的照明条件。一个设计精良的立交桥夜景照明设计，应该是一个系统工程，它不仅涉及到光源的选择、灯的配置、杆塔的设计、配电系统的设置等，它还涉及到节能政策、人性化管理等多方面内容；同时一个优秀的立交桥夜景照明还应该是一幅美丽的画卷，从不同的角度观看，它能够拥有不同的艺术效果，供人们参赏。因此，我们认为立交桥的夜景照明设计因符合以下几点要求：1）立交桥的照明设计应是一个符合国家交通照明规范的设计；2）立交桥应采用环保、节能的照明设计；3）立交桥的照明设计符合人性化的要求；4）立交桥的照明设计便于建成后的日常维护；5）立交桥的照明设计同时突出观赏性。—7—三、结构造型及功能介绍三、结构造型及功能介绍三、结构造型及功能介绍三、结构造型及功能介绍1111、结构造型请参照图片以及模型本身，具体制作形式可返回参照理论方案。2222、立交桥功能介绍1）桥面：是直接与车辆、行人接触的部分，它对桥梁的承重结构起保护作用，并满足立交桥的使用，布局和美观要求。其构造包括桥面铺装，灯柱，栏杆，伸缩装置。2）主梁：主要作用是承受桥面，次梁传来的荷载并将其传到桁架。3）桁架：是整座立交桥的主要受力构造，承受主梁传来的荷载并将其传到桥台、桥墩、到地基上。四、作品创新点四、作品创新点四、作品创新点四、作品创新点1111、构思创新我们结合“交”“大”两字，从上面看下去气势恢宏，辨识性强。独特的想法，美观的造型，再加上深厚的文化底蕴，使得这座立交桥具有历史。同时张开的翅膀又象征着对未来的美好憧憬，寓意着交大腾飞！2222、受力创新作为立交桥的基本属性，安全是每个人所关心的，因此我们在设计制作的同时，着重考虑了桥的力学属性，通过参阅了各种力学参考书籍，并加上自己的合理创新，使这座立交桥轻巧而不失稳重，优雅而更兼牢固。具体方案详见定性分析。3333、互通创新—8—此桥的设计实现互通不受阻，转弯车辆可以通过与直行车道互相沟通，从而确保各方车流畅通无阻，互不干扰，消除了平面冲突点。而且通行车速较快，通行能力仅比定向型立交差一点。4444、结构造型创新此立交桥在复杂的地形分为五个路口和出口，单行道和双行道相互交错，大大减少了占地面积，解决了交通拥挤的城市现状，使得车辆在上方运行时畅通无阻，巧妙的设计也使得车道在两两交汇的结点处进行了创新，使得安全系数增加。—9—5555、工艺创新由于模型是用A4纸，具有一定的柔弱性，在此，黏贴和折纸有举足轻重的作用，折纸的好坏和黏贴的平整程度，决定了桥的整体外观的优秀，为了达到精致的效果，我们考虑了诸多细节，如折痕处用小刀先划一下，又如黏贴时用电吹风吹干，以使黏贴面保持平整等。6666、与环境的协调与创新我们这件作品很好地与周围的环境相融合，使它们成为一个有机的整体，共同形成城市—10—中的一道亮丽的风景线，符合“环境友好型”的宗旨。五、制作工艺五、制作工艺五、制作工艺五、制作工艺1111、画线与裁纸由于我们采用的杆件大多数是方杆，如果不先画线而直接卷的话，边缘将不同程度的受到损坏。在制作三角桁架、工字梁、桥墩时，我们在A4纸面上根据尺寸数据用铅笔画线，工具刀轻轻划一道后，易于使折叠处平滑而不受折损。在给工字梁包纸时，由于要考虑拐角处纸张的厚度，第二层纸张每面增加0.05cm0.05cm0.05cm0.05cm，这样的结构既平整有扎实，做工精细。2222、卷杆根据画线的痕迹，先预卷2到3次使其基本成型，然后正式涂胶卷杆，在卷的过程中，用手轻轻的压在已卷部分的平面，使其整体平整。在短时间内将同种类型的杆件制作完，将其用冷吹风风干，在风干的过程中一定要注意形状的保持，以免其变形。—11—3333、连接根据模型尺寸在板上将其模型的主要形状绘出，然后将杆件摆放好，以此确定连接的部位截面形式，用铅笔将其勾画出来，随后用工具刀将其多余的部分切掉，待其固定后用冷吹风将其结点吹干。六、软件分析六、软件分析六、软件分析六、软件分析我们采用SketchUp和AutoCAD进行设计与分析，如下图：—12——13—采用Sketchup软件进行绘图采用AutoCAD软件进行绘图七、参考文献七、参考文献七、参考文献七、参考文献[1]桥梁工程概论李亚东主编西南交通大学出版社[2]结构力学教程杜正国主编西南交通大学出版社[3]理论力学第二版黄安基主编高淑英沈火明葛玉梅修订高等教育出版社[4]城市立交桥借点景观设计韩效—14—八、总结八、总结八、总结八、总结对于此次力学立交桥竞赛，我们收获颇多。在开始的时候我们五个人进行线形研究和探索，以创新的视觉去思考此次的竞赛。我们进行精确的分工，有的负责收集模型信息，有的负责购买不足材料，有的则负责计算机的制图，为此我们还特地建立了一个QQ群用以交流。通过整个制作过程，我们在求知、合作共处等方面得到锻炼，并且拓宽了知识面。1111、求知无涯——好奇心长知识，实践长技能在设计阶段，为了更详细的了解立交桥的功用和制作、施工流程，我们特地去图书馆接了很多关于立交桥线形设计、施工注意事项方面的书籍，还在交大资源库了搜索可以借鉴的论文，并且在百度、豆瓣、新浪爱问等多个资源网站搜索相关信息。这个过程大大的拓宽了我们的知识面，促进了我们对立交桥的了解。制作阶段，通过把平面的纸按照几乎看不懂的图形进行剪裁、折叠，并按照图中的标识将图中的某个部位与其他页图形的某个部位进行粘接，就能得到某种立体模块，加深了对立体和其表面关系的理解，增强了空间想象力。看它们是怎样从“总体装配图”到“设备明细表”再到“模块制作图纸”的，又是怎样从“单体制作图纸”检索到此模块在“总体装配图”中的位置的，真正尝试一次工程师的实践。把真实的立交桥变成小模型，一眼就能看到一座立交桥的总体，使学习如何在立交桥上行车变的极为容易，比如如何实现立交桥左转弯，立交桥右转弯和立交桥调头的交通知识。从这个立交桥模型的制作可以学习到，实际中的立交桥虽然很大，但是它仍然也可以实现工厂化制作。这样既可以缩短现场的建设周期，减少工程占路时间，也可以减少土石方工程，从而减少因施工对环境的污染等知识。2222、合作共处——互相了解，发挥各人长处在共处方面更是效果突出，我们在此过程中相互了解，提高与人共处协作的能力。我们充分发挥各个人长处，比如网络技术好、信息检索能力强的负责搜集各类有用信息，CAD、SketchUP使用熟悉的，绘图能力强的则负责线形的绘制、渲染，以及计算机制图的完成，手巧的则在制作阶段大显身手。通过此次立交桥模型的制作，我们深刻体会到，任何一个工程都是无法由一个人独立完成的，必须通过许多人的共同努力协作，才能最终完成。现代人才的必备素质就是具有较强的协作共处能力。本立交桥模型的制作就是让我们在制作和组装过程中多次进行协作，充分发挥了个人的长处，有从他人那里学得了长处，从而提高协作能力。3.3.3.3.知识面——拓宽知识面，陶冶情操在此次比赛中，我们从搜集资料到制作成型，每一步都认认真真，尽量考虑多方面，在书面知识上增加了不少。由于我们来自三个学院、三个专业、两个年级、五个省份，我们在平时交流时不仅增加了对其它学院、其它专业的了解，也加深了自己对自己学院、专业的定位。由于省份，我们还了解了其他省份的习俗、地理知识、景点等学习之外的知识。的不同这次制作实在艺术与传播学院的一个专业教室内完成的，期间，我们见识到了理科、工科生难以见到的艺术，我相信这对以后我们的审美观、价值观、人生观都会有积极的影响。徜徉知识的海洋，填补智慧的缺口。