西南交通大学结构设计竞赛(桥梁承重组)资料
桥梁设计大赛承重组造型组2015
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Bridge Dept of SWJTU
HarveyHe TOC2
2.桥梁设计构思上的一些原则
2.5“欲擒故纵”原则——反向措施
结构设计中采用预先施加的“反向措施”来提高结构的承载 能力。
2.5.1“预应力”的应用
预应力作用对截面 产生了两个效果：
A.Ny作用下截面受压
B.My=Ny*ey作用下截面受弯
HarveyHe
2.桥梁设计构思上的一些原则
抗拉强度低 抗压强度高 造价低 养护容易
混凝土
结合梁
混凝土翼缘板
拉压强度高 压板易失稳
造价高 养护困难
钢
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2.桥梁设计构思上的一些原则
2.6“取长补短”原则
2.6.2混合梁的使用
在连续梁和斜拉桥的主梁中，部分采用混凝土主梁，部分采用钢主梁， 这种布置方式称为混合式主梁布置，简称“混合梁”。
结构的适用性
主要由其功能所决定
桥梁适用性 大赛中的体现
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运营荷载的需求
移动加载的体现
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1.桥梁定义和设计原则的回顾
经济要求
在安全、适用的前提下，经济是衡量技术水平和作出方案选择的主要 因素。桥梁设计应体现出经济特性。对于重大的桥梁工程，必须进行 多方案的比较，详细研究技术上的可行性和先进性以及经济上的合理 性。这样，才能对桥梁的建造消耗、施工、技术发展和今后使用等因 素进行统筹考虑，得出合理的经济结论。
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2.桥梁设计构思上的一些原则
全国大学生结构设计竞赛方案书
建筑体量是平衡的、纤细的，表现手法简洁，实现建筑与结构的有机结合。建筑缓和的斜度增添了比例的美观，获得更多的采光面积多，符合重力和风荷载产生的应力流，加强了建筑的透视感。相比较直上直下的方盒子而言，视觉压力减小了。结合内部功能，这种渐细形式对建筑的多功能有一定的帮助，室内空间离窗户较近，利于直接采光通风。
△
○
○
结构立面与正面形状相互协调
△
△
X
○
○
柱弹性收缩问题
X
△
X
○
○
连接节点过多与否（施工性）
△
△
X
○
○
本结构模型经过对不同结构形式的特性和优缺点进行比较，综合考虑了设计要求、模型制作的复杂性等因素影响，最终选择了撑系框架体系。
五、破坏形式分析·········································14
参考文献·····················································15
附件1························································16
附件2························································18
设计说明书
方案构思
科技的发展，人们意识形态中对高层建筑所具有的特殊标识性的认可，及其所具有的高容积率，在单位面积中获得的高投资回报率，使高层建筑在城市中具有了蓬勃的生命力。但她的密集发展也给城市带来了许多心理学以及社会学方面的矛盾。
全国大学生结构设计竞赛方案书
西南交通大学第十二届结构设计竞赛(A组高层水塔动载)细则
西南交通大学第十二届结构设计竞赛（A组高层水塔动载）细则1.竞赛题目竞赛题目为水塔支架结构，采用有机玻璃制作，具体结构形式不限。
整个系统由小型振动台、水塔支架结构模型和塔顶水箱三个部分组成，小型振动台和塔顶水箱由承办方提供，水箱通过热熔胶固定于塔顶，水塔支架结构模型由参赛选手制作，并通过螺钉固定于振动台台面的底座钢板上。
支架结构模型以受力合理、造型优美、自重轻、水箱振动小为优。
2.竞赛内容竞赛内容包括：理论方案、结构模型制作、作品介绍与答辩和模型振动台加载试验。
3.竞赛要求3.1参赛要3.1.1 参赛者为全日制在校本科生。
每个参赛队由3名学生组成，最好能有一名女生，提倡参赛学生跨专业组队。
各参赛队应独立设计、制作。
3.1.2 每个参赛队只能提交一份作品，并给作品命名。
3.1.3各参赛队必须在规定的时间和地点参加竞赛活动，迟到或缺席者按自动弃权处理。
竞赛期间不得随意换人，若有个别参赛队员因特殊原因中途退出，可缺人继续参加竞赛或整队退出竞赛。
3.2理论方案要求3.2.1 理论方案指模型的设计说明书和计算书。
设计说明书一般包括对方案的构思、造型和结构体系及其他有特色方面的说明，并附上模型的三维建筑图；计算书一般包括结构体系、计算简图、内力分析及承载能力估算等内容（注：对一、二年级和非土木、力学专业类参赛队的计算书不作要求，可直接按一般概念进行设计）。
3.2.2 理论方案力求简明扼要，要求用A4纸双面打印，不超过3张纸计6页，一式五份于规定时间内交到竞赛组委会，逾期作自动放弃处理。
3.2.3 理论方案不单独设置封面，开头部分必须注明作品名称、参赛队员姓名、学号和专业；正文按设计说明书和计算书的顺序编排。
3.3设计制作要求（阅读下文时需参见附图）3.3.1 模型基本材料为有机玻璃板，其额定厚度为1mm，弹性模量为2.6 103MPa，强度为40MPa，比重为1.2。
粘结材料采用AB胶。
制作工具为美工刀、剪子、钢尺、砂纸、锉刀、手动电钻等。
西南交通大学组合结构桥梁第4~6章新版
组合结构桥梁
主讲： 赵灿晖 教授 联系电话：13881914364
四、简支梁桥
4.1构造及设计要点 特点
（1）自重轻、跨度大、梁高小 （2）主梁间距大，桥面板的高跨比可达10~25
四、简支梁桥
4.1构造及设计要点 构造
简支梁桥以钢梁受拉混凝 土板受压，充分发挥钢混 凝土两种材料的优点，是 最适合叠合梁的桥型
浇筑混凝土板时，钢梁承载—整体稳定验算、局 部稳定验算
稳定验算
运营阶段，整体承载——钢结构板件的局部稳定
稳定性验算就本质而言是钢结构的验算，在其他课程中已解 决，这里赘述。
四、简支梁桥
4.5正常使用极限状态验算
由于简支梁叠合梁受拉翼缘为钢，因此不存在裂缝宽度验算的 问题，只需要验算挠度即可。 挠度的验算可参考材料力学或结构力学进行，但刚度需特殊计 算。 叠合梁刚度计算的特殊之处在于需考虑由于剪力键变形所导致 的刚度减小，即钢-混凝土滑移效应导致的刚度折减。
基本假定
（1）交界面上的水平剪力与相对滑移成正比 （2）钢梁与混凝土梁曲率相同，且分别满足平截面假定 （3）忽略混凝土板上掀，二者竖向位移一致
四、简支梁桥
4.5正常使用极限状态验算
1.考虑滑移的刚度和变形验算
微元分析
以承受跨中集中力的简支梁来分析，并取1个栓钉间距的微段进 行分析
四、简支梁桥
4.5正常使用极限状态验算
（非弹性区）cr 1 0.614(s 0.6)： y 0.8 w 1.2 （弹性区） cr y /cr.l 1/2 ： s 1.2
验算腹板在屈曲前腹板是否已屈服——是否是材料破坏。
四、简支梁桥
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第1~4届全国大学生结构设计竞赛回顾
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3.4 第四届
题目：竞赛模型为体育场看台上部悬挑屋盖结构，采用 木质材料制作，具体结构形式不限。模型包括下部看台、 过渡钢板和上部挑篷结构三部分。
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华南理工大学土木与交通学院
华南理工大学土木与交通学院
第1~4届全国大学生结构设计竞赛回顾 兼学校结构赛培训
陈庆军
博士、副教授、硕士生导师 国家一级注册结构工程师
注册岩土工程师
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2011.10.13
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一、概况
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叶片类型
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结构类型
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第三届全国大学生结构设计竞赛 第一名：西南交通大学
巨大的叶片是成功的关键 结构体系是普通的桁架结构
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非常合理地计算了比赛规则
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第三届全国大学生结构设计竞赛 第二名：湖南大学 6叶片是成功的关键 结构采用前倾形状，避免叶片打 到结构
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一些队伍失败的原因 （1）小叶片导致无法启动，亦有如叶片攻角没设 置好而导致功率偏低。 （2）如叶片根部连接处不牢靠使得叶片折断导致 叶片破坏； （3）如叶片变形过大碰到塔架损坏的； （4）有一支队伍由于搬运时的失误造成模型在加 载前先出现破坏
第十届结构设计竞赛细则（桥梁承重组）
第⼗届结构设计竞赛细则（桥梁承重组）“交⼤⼟⽊设计公司杯”西南交通⼤学第⼗届⼤学⽣结构设计竞赛细则（桥梁承重组）1.竞赛题⽬两跨连续桥梁结构模型设计与制作2.竞赛内容竞赛内容包括：理论⽅案设计、结构模型制作、作品介绍与答辩、模型加载试验。
3.竞赛要求3.1报名参赛3.1.1 参赛者为全⽇制在校本科⽣。
每个参赛队由3名学⽣组成，提倡参赛学⽣跨专业组队。
每位参赛者只允许参加⼀个参赛队，各参赛队应独⽴设计、制作。
3.1.2 每个参赛队只能提交⼀份作品，并给作品命名。
3.1.3各参赛队必须在规定时间和地点参加竞赛活动，迟到或缺席者作为⾃动弃权处理。
竞赛期间不得任意换⼈，若有参赛队员因特殊原因退出，则视为⾃动退赛。
3.2理论⽅案3.2.1 理论⽅案的内容应包括：设计说明书、⽅案图和计算书。
设计说明书应包括对⽅案的构思、造型和结构体系及其他特⾊⽅⾯的说明；⽅案图应包括结构整体布置图、主要构件详图和⽅案效果图；计算书应包括结构选型、计算简图、荷载分析、内⼒分析等。
3.2.2理论⽅案封⾯必须注明作品名称、参赛专业、参赛队员姓名；正⽂按设计说明书、⽅案图和计算书的顺序编排。
3.2.3 理论⽅案要求⽤A4纸单⾯打印，⼀式五份于规定时间内提交⾄竞赛组委会，逾期作⾃动弃权处理。
3.3设计制作3.3.1 制作材料组委会将统⼀提供桐⽊（薄板、细条）、铅发丝线和乳⽩胶三种材料，各参赛队设计、制作模型仅限于使⽤以上材料，且允许对所给材料进⾏适当加⼯、组合。
3.3.2 模型重量结构模型的总重量不超过500克，超过者不能参加⽐赛。
3.3.3 模型尺⼨模型的纵桥向长度要求在区间（1150，1190）mm范围内，纵桥向宽度要求在（200，250）mm范围内，模型具体长度尺⼨拟定请参考实验平台⽰意图。
模型最⾼点与最低点之间垂直距离不得超过400mm，桥⾯以下结构⾼度不得超过100mm；中⽀座上主体结构截⾯⾼度不低于30mm。
3.3.4 模型桥⾯（1）模型需设置相应桥⾯构造，⽤于移动⼩车加载。
第九届结构设计竞赛细则桥梁组
西南交通大学第九届大学生结构设计竞赛细则（桥梁组）1.竞赛题目两跨桥梁结构承载能力模型设计大赛2.竞赛内容竞赛内容包括：理论方案设计、结构模型制作、作品介绍与答辩、模型静力与动力加载试验。
3.竞赛要求3.1参赛要求3.1.1 参赛者为全日制在校本。
每个参赛队由3名学生组成，提倡参赛学生跨专业组队。
每位参赛者只允许参加一个参赛队，各参赛队应独立设计、制作。
3.1.2 每个参赛队只能提交一份作品，并给作品命名。
3.1.3各参赛队必须在规定时间和地点参加竞赛活动，迟到或缺席者作为自动弃权处理。
竞赛期间不得任意换人，若有参赛队员因特殊原因退出，则缺人竞赛。
3.2理论方案要求3.2.1 理论方案的内容应包括：设计说明书、方案图和计算书。
设计说明书应包括对方案的构思、造型和结构体系及其他有特色方面的说明；方案图应包括结构整体布置图、主要构件详图和方案效果图；计算书应包括结构选型、计算简图、荷载分析、内力分析、承载能力估算等。
3.2.2理论方案封面必须注明作品名称、参赛专业、参赛队员姓名；正文按设计说明书、方案图和计算书的顺序编排。
3.2.3 理论方案要求用A4纸打印，一式五份于规定时间内交到竞赛组委会，逾期作自动放弃处理。
3.3设计制作要求3.3.1 模型制作材料用统一发放的竹签、硫酸纸、铅发丝线（鞋底）和乳白胶，设计并制作桥梁模型。
参赛者可根据所设计的桥梁结构体系，自行拟定桥梁名称。
模型的总重量不超过250克，超过者不能参加承载力比赛。
3.3.2 模型尺寸要求模型的长度不得大于1200mm，支座垫板的纵向宽度为30mm（故模型支座外沿的实际距离以1135 mm至1215mm为宜）。
模型最高点与最低点之间垂直距离不得超过150mm，模型宽度不小于120mm。
3.3.3 模型桥面要求（1）模型需设置相应桥面构造，用于加载测试时的移动小车加载。
实际加载测试时组委会将提供用于移动砝码小车车轮荷载分布的加载桥面板。
西南交大第十五届结构设计竞赛桥梁承重组计算书讲解
西南交通大学第十五届结构设计竞赛桥梁承重B组设计理论方案作品名称H型斜拉桥参赛编号B27组长姓名班级土木7班学号2014110302 队员姓名班级制药1班学号2014114279 队员姓名班级土木5班学号2014110248 组长电话西南交通大学第十五届结构设计竞赛组委会二〇一五年摘要桥梁建筑的设计讲究造型美观、受力合理、节省材料、承载力大、制作精细。
作为一个土木学子，我们的目标是成为一名优秀的土木工程师，因此我们想通过参加这样的一次结构设计大赛，提前感受下“工程师”的滋味。
在此次结构设计大赛中，我们对模型选型设计等经过了长时间考虑，最终决定做成双塔双索面斜拉桥，整个过程全方位模拟了从设计到施工各个环节，让我们真实的了解到了真正的施工过程中遇到问题是难以预测的，在发现问题是，仔细想出一个完美的解决方案才是我们应该去做的。
在做桥过程中，出现过一个重大问题，当我们把桥做好后，在距离比赛仅有两天多的时间里不小心被别人踩了一脚，在这种情况下，我们没有选择放弃，而是加班加点赶制模型，因为我们知道第二遍做起来应该是得心应手的，并且可以改进很多在第一次没做太好的部分，这样想来，这并不失为一件好事。
在做桥过程中，我们切身体会到了作为一名工程人员的自豪，从一个什么也不会的大一学生瞬间成了一群能够自主设计制造一座桥梁的土木人，经过本次结构大赛，我想无论结果怎么样，我们不会太去在乎，我们在乎的是在这个过程中，我们终究是没有放弃，也让我们体会到了桥梁的美，提升了对未知知识学习的兴趣。
关键词模型，斜拉桥，荷重比，挠度，节点，承重目录一. 设计说明书…………………………………………………………………………...……- 1 -1 方案构思........................................................................................................................................................................... - 1 -1.1作品名............................................................................................................................................................................ - 1 -1.2造型................................................................................................................................................................................ - 1 -2 结构选型........................................................................................................................................................................... - 1 -2.1设计准则........................................................................................................................................................................ - 2 -2.2 整体选型....................................................................................................................................................................... - 2 -3材料试验............................................................................................................................................................................ - 2 -3.1模型称重........................................................................................................................................................................ -3 -3.2模型的模拟加载试验 .................................................................................................................................................... - 3 -4 结构设计........................................................................................................................................................................... - 3 -4.1结构整体布置图............................................................................................................................................................. - 3 -4.2构件尺寸详细设计 ........................................................................................................................................................ - 3 -4.3构造（节点）设计 ........................................................................................................................................................ - 6 -4.4 模型三维效果图............................................................................................................................................................ - 7 -5 特色处理........................................................................................................................................................................... - 8 -6 制作工艺........................................................................................................................................................................... - 8 -二、模型计算书.............................................................................................................................. - 9 -7计算模型............................................................................................................................................................................ - 9 -7.1模型简化........................................................................................................................................................................ - 9 -7.2荷载模拟...................................................................................................................................................................... - 10 -8 内力分析......................................................................................................................................................................... - 10 -9 材料参数……（以下略） ............................................................................................................................................. - 11 -10 承载力估算................................................................................................................................................................... - 11 -参考文献............................................................................................................................................................................. - 11 -一、设计说明书1 方案构思对于本次结构设计，我们首先对赛题进行了详细分析，考虑到组委会提供的材料特点以及赛题对桥型的限制，从安全、耐用、美观的角度出发，我们选择了现在作为我国大跨径桥最流行的桥型之一的斜拉桥。
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• 下图是在Midas中分析出的结构在小车荷载处于最不利位 置时的位移等值线图，从图中可以清晰地看到最大位移量 为5.39mm，发生在中跨的跨中位置附近。最大应力发生 在中跨的跨中附近的下翼缘，最大值2.76MPa。
• 综上：利用Midas分析时，梁上的最大应力为2.76MPa, 小于PVC的抗拉强度30MPa,最大位移量为5.39mm,小于 赛题限制的15mm。 • 经过手算与Midas模拟得出的结果均表示桥能加载成功， 由于评分时质量得分占据的比例比较大，因此我们选择该 种质量较轻的设计方案。
金鑫，《路桥工程》2014年8月第4卷第22期
由于暂时还有一些相关课程没有，相 关知识只能自己查阅资料获得，因此在设 计过程中，对于较专业的问题可能只是一 知半解甚至理解错误，恳请各位评委老师 批评指正！
谢 谢 ！！！
——B10组
人有了知识，就会具备各种分析能力， 明辨是非的能力。 所以我们要勤恳读书，广泛阅读， 古人说“书中自有黄金屋。 ”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识， 培养逻辑思维能力； 通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平， 培养文学情趣； 通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。 有许多书籍还能培养我们的道德情操， 给我们巨大的精神力量， 鼓舞我们前进。
模型计算
• 桥梁三跨等跨，且结构形式一样，由于施加震动荷载 时，小车停留位置在中跨中间，且两次加载过程中小车在 此处停留时间最长，故只取中跨进行研究，以便受力分析 和强度计算。 • 可以将梁简化为理想桁架结构，由桁架结构可知，各 杆均只受轴向力，负值表示压力，正值表示轴向拉力，由 于桁架下弦杆改为连续绳索结构，故可认为其受力大小均 相等，且受拉思的方案选取
悬索和桁架梁 组合
加劲梁的优化 设计 网格式分布 T形横梁
结构设计
1.按照赛题要求，我们选择悬索与梁的组合形式 2.为了增加主梁的刚度，一般要设加劲梁，我们将加劲梁优化成桁架 梁，并采用鱼腹式梁，充分发挥材料的作用，在此基础上，鱼腹式 桁架的各个下弦杆均受拉，我们将鱼腹式桁架的各个下弦杆换为索， 并施以一定大小的预应力 ,形成张弦桁架梁结构 ,利用下部拉索的预 应力产生的反向弯矩, 抵消上部重荷载产生的弯矩,从而调整结构内力。
特色处理
1.横梁采用T形小横梁，在保证桥梁刚度的同时，保
证了桥面与梁的接触面积，使桥面更安全不下陷，
并且有效的减轻了桥体的质量。 2.节点采用节点卡，有效防止杆件脱落，如下图所 示：
3. 加劲梁采用鱼腹桁架梁，并将桁架下弦拉杆改为 拉索 ,并施以一定大小的预应力 ,形成张弦桁架梁结 构 ,利用下部拉索的预应力产生的反向弯矩, 抵消上
方案构思
• 对于本次结构设计，我们首先对赛题进行了详 细分析，考虑到组委会提供的材料特点以及赛题对 桥型的限制，从安全、耐用、美观的角度出发，我 们选择了现在作为我国大跨径桥最流行的桥型之一 的悬索桥，悬索桥作为一种拉索体系，比梁式桥的 跨越能力更大，是大跨度桥梁的最主要桥型。为了 明确体现组合形式，改进受力和合理性，我们选择 了桁架梁与悬索两种桥型相结合。为了进一步优化 受力结构和减轻桥梁质量，我们将桁架梁改为张弦 体系的鱼腹式桁架梁以此来减轻桥梁自重和提高承 载质量，考虑到桥梁的加载重量，我们采用自锚式。
3. 为了减小最大弯矩，我们将桥设为等跨的三跨，桥的全长为 1785mm，桥面宽为240mm，主梁为三根，每根主梁由两块长 1785mm，高15mm的PVC条粘贴而成，横梁采用15根T型梁来支 撑桥面、传递荷载以及为此主梁的侧向稳定，悬索桥采用多塔形式， 在考虑桥梁自重和赛题要求的最大加载量的情况下，我们将左右塔 设置成为独塔不连接形式也能满足加载要求，并在有支座的地方布 置。
由于各杆均受在轴向力作用，因此只需要校核抗拉抗压强度σ.
σ=FN/A
对于上弦杆：A=4*15=60mm^2 FN=-134.62N σ=-2.24MPa 对腹杆：A=4*6=24mm^2 极限位移计算（单位荷载法） 由单位荷载法求得中点位移为 FNmax=-81.8N σ=-3.41MPa 综上|σ|max=3.41MPa≤σu=8MPa 故强度满足要求。
参考文献
• [1]《结构力学》,杜正国主编，西南交通大学出版社 • [2]《材料力学I》第五版，孙训方、方孝淑、关来泰主编 ，高等教育出版社
• [3] “张弦梁结构在桥梁工程中的应用”，黎明、 杨晖，
《工业建筑》2008年第38卷增刊，401-405 • [4] “鱼腹式梁结构在桥梁结构设计中的应用与受力”，
部重荷载产生的弯矩,从而调整结构内力。使得加劲
梁质量大大减小，结构受力更为合理。 4.主缆采用橡胶圈连接，为施加震动荷载时提供足 够的缓冲，保证震动加载成功。
加载模拟实验
在做正式参赛作品前，由于三跨完全一样，我 们选取一跨，做了两次进行试验，由于没有标准砝 码，我们用石头代替，经测量石头总重为14.87kg， 超过了最大荷载，经加载试验可以看见在要求加载 范围内，模型完全能够承受住，且挠度也在小范围 内。我们根据加载情况进行了尺寸修正，来确保以 最轻的质量承载赛题要求的荷载。
由于我们主梁可以看作三个平面桁架组成，由T形梁将荷载的力 均匀分担给三根主梁，故桥的整体挠度应该为：
梁的最大挠度小于赛题规定的15mm，满足赛题要求。
利用Midas Civil 821 建模分析 对于静力荷载，可以直接在每跨跨中施加6kg的等效荷载， 即60N的节点荷载。对于小车产生的动荷载，由于定义较为 负载，为了简化计算，采用静力荷载工况，计算小车移动中 最不利位置附近时的受力情况。 下图是在MIDAS中分析出的结构在静力荷载作用结构的位移 等值线图，从图中可以清晰地看到最大位移量为2.34mm， 发生在边跨的跨中位置附近。最大应力发生在边跨跨中附近 的下翼缘，最大值1.7MPa。
2016西南交通大学 结构设计大赛 （桥梁承重组）
组号：B10 作品名称：自锚式多塔张弦桁架梁悬索桥
目录
• 1.方案构思
• 2.结构设计 • 3.特色处理 • 4.加载模拟 • 5.计算模型
设计准则
• 1.符合赛题桥型要求、各尺寸要求与对材料 使用限制的要求 • 2.在满足安全的条件下尽量少使用材料，以 减轻桥梁自重和节约成本 • 3.注重结构美观、简洁