斜拉桥模型的设计与制作
王雪松、曹行松、李定杰
（西南交通大学希望学院 ，四川，南充）
摘要：斜拉桥是将桥面用许多拉索直接拉桥塔上的一种桥梁，是由承压的塔，受拉的索和承穹的桥体组合起来的一种结构体系。是现代大跨度桥梁的重要结构形式。斜拉桥模型制作是研究复杂构造细节重要手段之一，其目的是为培养自己的动手能力和结构分析提供数据和结论，也是检验数值理论和分析理论正确性的重要依据。文中详细介绍了斜拉桥模型结构的设计理论，制作过程及关键工艺。并针对设计和制作方面问题作了一定的探讨和研究。 关键字：斜拉桥；设计方案；模型制作
Designing and Building Cable-stayed Bridge Model
Wang Xuesong、Cao Xingsong、Li Dingjie
(Hope College of Southwest transportation university of Nanchong ,SiChuan)
Abstract：Cable—stayed bridge is constructed by many cables which pull bridge face directly to the bridge tower．This architecture， composed of a stressed tower，pulled cables and bent beams，is an important construction form of modem spanning bridges．The model tests of cable—stayed bridge are an important method in studying complicated spanning structures．aiming at providing data and conclusion for structure analysis．It is also a main criteria for checking correctness of numerical theory and analytic theory．This paper de· scribes the design theory，building process and key techniques in details．
Key words：cable-stayed bridge；design plan ；produce model
1 引 言
斜拉桥的上部结构由梁、索、塔3个主要部分组成。它是一种桥面体系以加劲梁受压弯为主，支承体系以斜拉索受拉及桥塔受压为主的桥。 斜拉桥的最大优点在于造型的多样化，平行双索面、斜索面或中央单索面配以各种不同造型的桥塔，形成刚性塔和轻型漂浮桥面风格，或者刚性桥面辅以挺拔塔柱的另一种姿态。斜拉桥作为一种拉索结构，比梁式桥具有更大的跨越能力，而且由于拉索的自锚特性，不需要如同悬索桥那样的巨大锚碗。在河口海的软土地基上需要建造大跨度桥梁时，具有更大的竞争力和可行性。加上斜拉桥良好的力学性能和经济指标，使斜拉桥近年来在世界各地开花结果。 现代斜拉桥结构的变化发展，离不开理论分析、模型试验等技术手段。斜拉桥模型试验是研究 复杂桥跨结构或复杂构造细节的重要手段之一。早在 1829年，法国科学家柯西用模型试验研究了梁和板的振动问题，1846年英国罗伯特 ·斯坦福森等针对不列颠桥设计进行了 1：6的桥梁结构模型试验。随着斜拉桥建设的发展，我国从 2O世纪五六十 年代起就展开了这方面的研究。特别是最近十几年，斜拉桥模型试验更是方兴未艾 _8J。本文围绕斜拉桥的模型设计和制作等方面的问题作了一定的探讨和研究，详细介绍了斜拉桥模型结构设计方案、制作过程及关键工艺。 2 双塔斜拉桥模型设计
斜拉桥的主要组成部分为主梁、塔和拉索，它们相互关联，相互制约，因此不可能单独孤立的分别设计，应从总体考虑进行全桥模型的综合设计一般情况下，实际桥梁中以交通量确定桥面宽度模型制作中不作为考虑的重点，以一般量为依据确定桥面宽度。主跨的跨长由实际情况决定，但主跨与边跨的比例问题要加以考虑。主梁的高度不仅与主跨有关，还随着桥宽、主梁截面面积、主梁截面形式而变化，同时它在结构上还必须满足风动力稳定的要求；主梁的刚度对主跨的弯矩影响很大，要配合索、塔的刚度进行多层次比较选择。桥塔的结构形式、高度、断面面积会随着斜缆的布置形式而有很大的不同，尤其是要认真考虑其刚度的增加整个桥跨结构变形的影响。拉索在塔和主梁上的索距应配合塔和梁的高度、刚度、材料以及整
个斜拉桥的桥型综合考虑；每根斜缆的面积应随其倾斜角度以及所处位置有所不同；另外，斜拉索的弹性模量，除决定它本身的刚度外，还影响全桥的刚度计算时需要注意。索面以及整个结构的锚固方式梁、塔 、墩相互连接形 式，主梁是否悬浮，支点如何设置等等，这一方面要从静、动力分析考虑，另一方面也要保证桥梁结构整体的安全性和可靠度所以．在斜拉桥的模型总体设计中，影响因素多变量参数也复杂，交叉组合的方案更是千变万化但在总体构思时，首先要考虑4个问题：跨度划分主梁结构形式；梁、塔、墩连接形式；斜缆类型。
2．1 塔高与主跨比
桥塔的高度是斜拉桥整体高度的控制因素，桥塔太低会影响斜缆索的使用效率。因桥塔越高，斜缆的倾角越大，斜缆垂直分力对主梁的支撑效果也越大；但桥塔太高材料数量要增加，结合模型制作要考虑经济因素，所以桥塔的合理高度应由经济较确定。 三跨斜拉桥中，桥塔 自桥面算起至塔顶的高度h 与主跨 Z 的比值一般为 1／3—1／7。因此，本模型塔高与主跨之比取 1／4。
2．2 梁高与主跨比
绝大部分斜拉桥的主梁高度是不变的，只有极少数几座斜拉桥的主梁在邻近桥塔处是变高度的其中钢桥有德国的塞弗林桥、勒弗库森桥和奥地利的林茨桥；混凝土桥有利比亚的瓦迪库夫桥、瑞士的布里特甘特尔桥以及意大利的罗马马利亚纳桥主梁高度 h。与主跨 Z：的比值，对早期稀索斜拉桥一般为 1／50—1／70，而近期密索斜拉桥一般为 1／70—1／150，个别有小于 1／200。根据现有的材料情况，我们选定的比值为0．018 6，符合经验标准。 3 主要部构件的结构设计及制作工艺
艺主要部构件的结构设计及制作工艺，桥塔采用20mm x 20mm木材胶结的方式连接，由于没有合适尺寸的木棍，我们采用细木条胶结成柱，主塔本身由两根木条及中间填充的泡木而成，主塔的结构形式为由两根塔柱组成的倒Y式框架，构造虽较柱式塔复杂，但抵抗横向水平荷载能力较强。桥墩嵌入底座胶结固定的，主梁（桥面）的结构体系为支承体系即塔墩固结，塔梁分离，主梁（桥面）在塔墩上设置竖向支承，成为具有多弹性支承的三跨连续梁。竖塔打有直径4mm的孔，拉线采用辐射形式，全部拉线由一根整线来回牵拉构成。线头交接于竖塔之内。桥面（主梁）由95mm宽的纸板构成，为加强桥面强度我们在下面胶结有3根木条，以作实际中钢筋混凝土之用。桥面中设有隔离带，把桥面分为双向双车道。桥面用黑色的彩纸装饰，车道行线由宽度适当的双面胶粘贴于纸面而成。
4制作过程中遇到的问题及解决方法
做什么模型？怎么做？用什么材料？最后经过一系列的讨论之后，最终我们决定做斜拉桥。虽然我们查阅了很多资料，考虑得较为周全，但在实际操作过程中还是遇到了许多的问题。
4.1制作桥墩和塔柱遇到的问题及解决方法
开始我们找到了一些泡木，于是准备用泡木做，可是在对其进行加工倒设计尺寸后，发现其强度远达不到设计要求。只能换材料，可是用什么材料？就成了摆在我们面前的第一个问题，经过考虑我们决定用木材，可却找不到合适尺寸的木棍。这就成了摆在我们面前的第二个问题，最后我们决定用细木条胶结成合适尺寸的木棍。剩下的就是怎么将其固定在底座上？我们是将其嵌入底座后再胶结固定的。而塔柱较高不能用这样的方法，经过讨论我们在两边胶结两根木条再向其中填充泡木，最后缠上胶带这样就把塔柱做好了。
4.2处理桥面遇到的问题及解决方法
桥面制作过程中，前部分比较顺利，但工程量比较浩大。后部分由于前期考虑分工时欠妥，出现了究竟是先拉线还是先装饰桥面的问题。导致模型的完工推迟，后经激烈地讨论，决定先装饰桥面后拉线。然而遇到最大的问题是桥面风干后向上弯曲。后我们采用在桥面的反面刷上少许的水再将其平压，恢复到以前的状态。
5 结论
虽然制作的模型与预想有点一定的差距，但通过这次模型制作锻炼了我们的动手能力和团队合作精神，使我们对专业知识以及团队精神有了更深刻的认识，培养了我们的职业精神。为我们将来走上职业岗位打好了坚实的基础。
参 考 文 献
[1] 周孟波，刘自明，王邦楣 ．斜拉桥手册[M]．北京：
人民交通出版社 ，2004．
[2] 叶志明，土木工程概论 高等教育出版社第（3）版
斜拉桥模型的设计与制作
王雪松、曹行松、李定杰
（西南交通大学希望学院 ，四川，南充）
摘要：斜拉桥是将桥面用许多拉索直接拉桥塔上的一种桥梁，是由承压的塔，受拉的索和承穹的桥体组合起来的一种结构体系。是现代大跨度桥梁的重要结构形式。斜拉桥模型制作是研究复杂构造细节重要手段之一，其目的是为培养自己的动手能力和结构分析提供数据和结论，也是检验数值理论和分析理论正确性的重要依据。文中详细介绍了斜拉桥模型结构的设计理论，制作过程及关键工艺。并针对设计和制作方面问题作了一定的探讨和研究。 关键字：斜拉桥；设计方案；模型制作
Designing and Building Cable-stayed Bridge Model
Wang Xuesong、Cao Xingsong、Li Dingjie
(Hope College of Southwest transportation university of Nanchong ,SiChuan)
Abstract：Cable—stayed bridge is constructed by many cables which pull bridge face directly to the bridge tower．This architecture， composed of a stressed tower，pulled cables and bent beams，is an important construction form of modem spanning bridges．The model tests of cable—stayed bridge are an important method in studying complicated spanning structures．aiming at providing data and conclusion for structure analysis．It is also a main criteria for checking correctness of numerical theory and analytic theory．This paper de· scribes the design theory，building process and key techniques in details．
Key words：cable-stayed bridge；design plan ；produce model
1 引 言
斜拉桥的上部结构由梁、索、塔3个主要部分组成。它是一种桥面体系以加劲梁受压弯为主，支承体系以斜拉索受拉及桥塔受压为主的桥。 斜拉桥的最大优点在于造型的多样化，平行双索面、斜索面或中央单索面配以各种不同造型的桥塔，形成刚性塔和轻型漂浮桥面风格，或者刚性桥面辅以挺拔塔柱的另一种姿态。斜拉桥作为一种拉索结构，比梁式桥具有更大的跨越能力，而且由于拉索的自锚特性，不需要如同悬索桥那样的巨大锚碗。在河口海的软土地基上需要建造大跨度桥梁时，具有更大的竞争力和可行性。加上斜拉桥良好的力学性能和经济指标，使斜拉桥近年来在世界各地开花结果。 现代斜拉桥结构的变化发展，离不开理论分析、模型试验等技术手段。斜拉桥模型试验是研究 复杂桥跨结构或复杂构造细节的重要手段之一。早在 1829年，法国科学家柯西用模型试验研究了梁和板的振动问题，1846年英国罗伯特 ·斯坦福森等针对不列颠桥设计进行了 1：6的桥梁结构模型试验。随着斜拉桥建设的发展，我国从 2O世纪五六十 年代起就展开了这方面的研究。特别是最近十几年，斜拉桥模型试验更是方兴未艾 _8J。本文围绕斜拉桥的模型设计和制作等方面的问题作了一定的探讨和研究，详细介绍了斜拉桥模型结构设计方案、制作过程及关键工艺。 2 双塔斜拉桥模型设计
斜拉桥的主要组成部分为主梁、塔和拉索，它们相互关联，相互制约，因此不可能单独孤立的分别设计，应从总体考虑进行全桥模型的综合设计一般情况下，实际桥梁中以交通量确定桥面宽度模型制作中不作为考虑的重点，以一般量为依据确定桥面宽度。主跨的跨长由实际情况决定，但主跨与边跨的比例问题要加以考虑。主梁的高度不仅与主跨有关，还随着桥宽、主梁截面面积、主梁截面形式而变化，同时它在结构上还必须满足风动力稳定的要求；主梁的刚度对主跨的弯矩影响很大，要配合索、塔的刚度进行多层次比较选择。桥塔的结构形式、高度、断面面积会随着斜缆的布置形式而有很大的不同，尤其是要认真考虑其刚度的增加整个桥跨结构变形的影响。拉索在塔和主梁上的索距应配合塔和梁的高度、刚度、材料以及整
个斜拉桥的桥型综合考虑；每根斜缆的面积应随其倾斜角度以及所处位置有所不同；另外，斜拉索的弹性模量，除决定它本身的刚度外，还影响全桥的刚度计算时需要注意。索面以及整个结构的锚固方式梁、塔 、墩相互连接形 式，主梁是否悬浮，支点如何设置等等，这一方面要从静、动力分析考虑，另一方面也要保证桥梁结构整体的安全性和可靠度所以．在斜拉桥的模型总体设计中，影响因素多变量参数也复杂，交叉组合的方案更是千变万化但在总体构思时，首先要考虑4个问题：跨度划分主梁结构形式；梁、塔、墩连接形式；斜缆类型。
2．1 塔高与主跨比
桥塔的高度是斜拉桥整体高度的控制因素，桥塔太低会影响斜缆索的使用效率。因桥塔越高，斜缆的倾角越大，斜缆垂直分力对主梁的支撑效果也越大；但桥塔太高材料数量要增加，结合模型制作要考虑经济因素，所以桥塔的合理高度应由经济较确定。 三跨斜拉桥中，桥塔 自桥面算起至塔顶的高度h 与主跨 Z 的比值一般为 1／3—1／7。因此，本模型塔高与主跨之比取 1／4。
2．2 梁高与主跨比
绝大部分斜拉桥的主梁高度是不变的，只有极少数几座斜拉桥的主梁在邻近桥塔处是变高度的其中钢桥有德国的塞弗林桥、勒弗库森桥和奥地利的林茨桥；混凝土桥有利比亚的瓦迪库夫桥、瑞士的布里特甘特尔桥以及意大利的罗马马利亚纳桥主梁高度 h。与主跨 Z：的比值，对早期稀索斜拉桥一般为 1／50—1／70，而近期密索斜拉桥一般为 1／70—1／150，个别有小于 1／200。根据现有的材料情况，我们选定的比值为0．018 6，符合经验标准。 3 主要部构件的结构设计及制作工艺
艺主要部构件的结构设计及制作工艺，桥塔采用20mm x 20mm木材胶结的方式连接，由于没有合适尺寸的木棍，我们采用细木条胶结成柱，主塔本身由两根木条及中间填充的泡木而成，主塔的结构形式为由两根塔柱组成的倒Y式框架，构造虽较柱式塔复杂，但抵抗横向水平荷载能力较强。桥墩嵌入底座胶结固定的，主梁（桥面）的结构体系为支承体系即塔墩固结，塔梁分离，主梁（桥面）在塔墩上设置竖向支承，成为具有多弹性支承的三跨连续梁。竖塔打有直径4mm的孔，拉线采用辐射形式，全部拉线由一根整线来回牵拉构成。线头交接于竖塔之内。桥面（主梁）由95mm宽的纸板构成，为加强桥面强度我们在下面胶结有3根木条，以作实际中钢筋混凝土之用。桥面中设有隔离带，把桥面分为双向双车道。桥面用黑色的彩纸装饰，车道行线由宽度适当的双面胶粘贴于纸面而成。
4制作过程中遇到的问题及解决方法
做什么模型？怎么做？用什么材料？最后经过一系列的讨论之后，最终我们决定做斜拉桥。虽然我们查阅了很多资料，考虑得较为周全，但在实际操作过程中还是遇到了许多的问题。
4.1制作桥墩和塔柱遇到的问题及解决方法
开始我们找到了一些泡木，于是准备用泡木做，可是在对其进行加工倒设计尺寸后，发现其强度远达不到设计要求。只能换材料，可是用什么材料？就成了摆在我们面前的第一个问题，经过考虑我们决定用木材，可却找不到合适尺寸的木棍。这就成了摆在我们面前的第二个问题，最后我们决定用细木条胶结成合适尺寸的木棍。剩下的就是怎么将其固定在底座上？我们是将其嵌入底座后再胶结固定的。而塔柱较高不能用这样的方法，经过讨论我们在两边胶结两根木条再向其中填充泡木，最后缠上胶带这样就把塔柱做好了。
4.2处理桥面遇到的问题及解决方法
桥面制作过程中，前部分比较顺利，但工程量比较浩大。后部分由于前期考虑分工时欠妥，出现了究竟是先拉线还是先装饰桥面的问题。导致模型的完工推迟，后经激烈地讨论，决定先装饰桥面后拉线。然而遇到最大的问题是桥面风干后向上弯曲。后我们采用在桥面的反面刷上少许的水再将其平压，恢复到以前的状态。
5 结论
虽然制作的模型与预想有点一定的差距，但通过这次模型制作锻炼了我们的动手能力和团队合作精神，使我们对专业知识以及团队精神有了更深刻的认识，培养了我们的职业精神。为我们将来走上职业岗位打好了坚实的基础。
参 考 文 献
[1] 周孟波，刘自明，王邦楣 ．斜拉桥手册[M]．北京：
人民交通出版社 ，2004．
[2] 叶志明，土木工程概论 高等教育出版社第（3）版