46號作品（提交作品之後進行編制）
雙層兩用鋼橋
團隊名稱：天行航者
參賽組員：劉方波
黃鵬程李瑋鵬
作品號：46號
背景說明
斜拉橋是一種用斜拉索懸吊橋面的橋梁。其最大優點在於造型的多樣化，平行雙索面、斜索面或**單索面配以各種不同造型的橋塔，形成剛性塔和輕型漂浮橋面的風格，或者剛性橋面輔以挺拔塔柱的另一種姿態。斜拉橋作為一種拉索結構，比梁式橋有更大的跨越能力，而且由於拉索的自錨特性，不需要如同懸索橋那樣的巨大錨碇，在河口海岸的軟土地基上需要建造大跨度橋梁時，具有競爭力和可行性。
斜拉橋適合於預製節段懸拼獲掛籃懸澆，對航運的干擾最少，加上斜拉橋的良好力學效能和經濟指標，是斜拉橋在世界各地開花結果。
作品概述
該模型為連續性梁橋的乙個橋塔結構，模型長58cm，寬19cm，高48cm。該橋，採用扇式拉索布置，鋼桁梁式雙層橋面結構。橋的上層為供汽車行駛的雙向四車道高速公路，下層為供火車行駛的雙軌鐵路。
如今經濟發展迅速，效率成為了發展中的乙個關鍵詞，交通運輸能力的強弱能直接影響經濟發展的速度。這種雙層結構的大橋，不僅連線了兩岸的公路運輸，也將兩岸的鐵路運輸緊密連線起來，既滿足了高速公路運輸的需求，也滿足了當今高速鐵路日益發展的需求。合理的結構，既使得橋梁結構堅固，滿足我國的鐵路工程抗震設計規範和公路工程抗震設計規範，能夠抵抗一定強度的**，還不易因風的動力影響而發生不穩定的振動，也降低了橋梁的建設和維護的成本。
此作品除部分必要連線處使用了一些允許的非紙質材料，如棉線、膠水等外，其餘部分全部採用紙質材料製成，符合製作要求。模型主要由拉索、索塔和主梁三部分組成。整個模型完全考慮了可行度的問題，是實物的縮影，是集體智慧型的結晶，由於材料單一，部分結構表達欠佳，但大體可以反映出我們的想法。
設計原理
一、結構安全、耐久性
橋梁結構自身的安全性需要靠可靠的結構分析計算和合理的構造處理措施來保證。對於斜拉橋來說，結構計算所考慮的恆載、活載、**荷載、施工荷載及其他荷載等，基本要求同其他型別的橋梁。但由於斜拉橋對其所處的自然條件和氣象條件比較敏感，在考慮常規荷載的同時，還應注重考慮風荷載的影響；對處於嚴寒地區的斜拉橋還應考慮雪荷載和凍漲力的影響；在水流急湍的河段還應充分考慮水力對結構產生的不利影響。
對於斜拉橋，首先是確定其合理的成橋狀態，即合理的線形和內力狀態，其中最主要的是斜拉索的初張力。理論和實踐表明，大跨度斜拉橋斜拉索的初張力佔整個索力的８０％以上。
由於斜拉橋是高次超靜定，其結構行為表現出較強的耦合性，尤其是扭轉和橫向彎曲振型經常強烈地耦合在一起，因此，在動力分析時最好採用空間模型。斜拉橋在設計方面的自由度很大，其荷載主要是依靠主梁、橋塔和斜拉索分擔，合理地確定。各構件分擔的比例是十分重要的，直接關係到斜拉橋的經濟效能。
二、技術可行性
從斜拉橋發展來看，自２０世紀下半葉以來，世界橋梁工程發展的最大成就是斜拉橋的興起和輝煌。由於斜拉橋良好的力學效能，建造相對經濟、景觀優美，已成為大跨徑橋梁建設中最具競爭力的橋型，新世紀裡將繼續扮演更加重要的角色。斜拉橋設計應該考慮其技術上的可行性，特別是施工技術的可行性。
三、美學、環保與經濟
橋梁應與周圍環境相協調，結構形式雅緻且外觀協調。雖然斜拉橋本身外形美觀，但設計者還應通過改進構件本身的形式和相互之間的關係來尋求並獲得更加令人愉快的外觀，橋梁建築的美學因素將對斜拉橋的建設產生愈來愈重要的影響。
橋梁的跨徑、結構型別和材料的選擇與整個橋梁的投資是密切相關的，而橋梁在施工過程中的風險和使用壽命期內的養護、維修等費用也應考慮。此外，還應考慮建築材料的可獲得性、製造、地點、運輸和安裝等地區性制約。合理的經濟性應體現為使橋梁的建設與整個使用期內檢查、養護及維修費用之和達到最低。
從而使橋梁的設計決策和維護管理更加經濟合理。
結構及功能分析
一、橋塔的結構
橋承受的主要荷載並非它上面的汽車或者火車，而是其自重，主要是我們腳下的主梁。現在我們就分析這個： 如圖
我們以乙個索塔來分析。索塔兩側是對稱的斜拉索，通過斜拉索將索塔主梁連線在一起。現在假設索塔兩側只有兩根斜拉索，左右對稱各一條，
這兩根斜拉索受到主梁的重力作用，對索塔產生兩個對稱的沿著斜拉索方向的拉力，根據受力分析，左邊的力可以分解為水平向向左的乙個力和豎直向下的乙個力；同樣的右邊的力可以分解為水平向右的乙個力和豎直向下的乙個力；由於這兩個力是對稱的，所以水平向左和水平向右的兩個力互相抵消了，
最終主梁的重力成為對索塔的豎直向下的兩個力，這樣，力又傳給索塔下面的橋墩了。 斜拉索數量再多，道理也是一樣的。之所以要很多條，那是為了分散主梁給斜拉索的力而已。
結合我們的模型，經桿件的拉壓試驗測定，橋墩柱子的承載能力在800n左右。
材料載入測試主體結構
在模型中我們可以看到，在兩橋墩之間有3根橫向的連線杆，為鋼結構杆，主要作用是起到力的傳遞作用以及加固、平衡的作用。同時我們考慮到了鋼結構的疲勞斷裂問題，通過查詢資料，我們得知，影響構件疲勞極限的主要因素有：1，構件外形的影響，在對稱迴圈應力作用下，應力集中對疲勞的影響，可用有效應力集中因數或疲勞缺口因數表示，設計時應盡量減小集中應力；2，構件介面尺寸的影響，截面尺寸對疲勞極限的影響用尺寸因數表示，構件的直徑越大，疲勞極限降低越多，材料的靜強度越高，截面尺寸的大小對構件疲勞極限的影響越顯著；3，構件表面質量的影響，表面加工質量對構件疲勞極限的影響，可用表面質量因數表示，表面加工質量越低，疲勞極限降低越多。
結合以上的影響因數以及我們對疲勞強度的計算，只要設計合理，並且應力的最大值不超過某乙個數值，橫桿將不會發生疲勞斷裂的現象。
二、橋的側面以及橋墩結構
兩層橋面之間以及橋墩，我們設計成三角行結構，此設計主要出於兩方面的考慮：
1，三角形結構的穩定行。由理論分析，我們知道，三角形是乙個具有相當穩定行的結構，由乙個個三角形組成的連續性支架整體，更進一步提高了每一根杆的抗壓和抗彎強度，並且有助於分散受力，避免出現應力過於集中的現象。
2，出於風振動而產生卡門渦街的考慮。人們認識到卡門渦街對建築安全上的重要作用，在風作用下橋有可能發生了劇烈的扭曲振動，使吊桿逐根拉斷導致橋面鋼梁折斷而塌毀。因此，我們將兩層橋面之間設計成三角形結構，使得風吹過橋面之後所產生的渦街可以相互抵消而不至於對橋造成影響
三、阻尼減振器分析
在模型中我們為橋梁的拉索出設計的阻尼減震器為永磁體阻尼器。
減振機理：次阻尼器又叫磁力阻尼器。拉索靜止不振時，吸著板和磁鐵吸附在一起。
當索低階大幅振動產生的側向力超過磁鐵吸著力時，兩者分離，同時激勵出拉索的高階振動，以耗散振動能量。由於阻尼介質不是液體，因此對環境適應性比以上其他阻尼器好，也可適用於嚴寒地區。
四、粘彈性阻尼減震器
粘彈性阻尼器是土木工程中常用的一種裝置,它不僅減振效果明顯,在工程結構中安裝也十分方便。它與其他耗能減震裝置相比具有以下優點: ( 1)只要在微小干擾下結構開始震動,它就能馬上耗能。
( 2)它的「 力-位移」 滯回曲線近似於橢圓型, 因此它的耗能能力很強。由此可見:橋面下設粘彈性阻尼器後,橋面結構無論是應力還是位移都有明顯減小, 此時若將鋪裝層上適當配置鋼筋就可避免由於裝層裂縫過大而造成的橋面破損。
五、作品亮點展示：
六、結束語：
此次模型製作，我們的團隊查閱了大量的橋梁資料，參考模擬很多橋梁的結構與工作原理，在製作時遇到了很多困難，但我們相繼克服了，由於各種考試臨近，我們不得不加班製作趕工，一段時間下來，在製作工程結束後隊友相當疲憊，但有領導的支援，有同學的鼓勵，並且看到作品在我們手中一點一點地成型，我們仍然感覺到了不曾有過的喜悅。
在作品中也多地方都體現了我們對作品受力的分析，對力學知識的理解與運用，充分體現了大學學習對我們帶來的幫助以及給我們的啟示。
我們不敢說參加這次模型大賽一定會得到獎勵，但從製作過程看，我們收穫的是堅持，收穫的是主動思考，收穫的是團隊精神，收穫的是疲勞後的充實……
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