仿生學(xué)在現(xiàn)代橋梁設(shè)計(jì)中的應(yīng)用.pdf

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1、仿生學(xué)在現(xiàn)代橋梁設(shè)計(jì)中的應(yīng)用摘要:隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，人們對(duì)生活質(zhì)量的要求也越來越高，越來越多的仿生學(xué)理念被應(yīng)用在現(xiàn)代橋梁設(shè)計(jì)中，文章主要從形態(tài)仿生、結(jié)構(gòu)仿生、材料仿生、功能仿生等方面對(duì)仿生學(xué)理念在橋梁設(shè)計(jì)中的應(yīng)用進(jìn)行相關(guān)探析，結(jié)合自身工作經(jīng)驗(yàn)提出相關(guān)問題及個(gè)人觀點(diǎn)。關(guān)鍵詞:仿生學(xué)；自然；橋梁設(shè)計(jì)；生物體結(jié)構(gòu)一、材料仿生材料科學(xué)的進(jìn)步無疑是橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)化和發(fā)展中最為重要的因素之一。當(dāng)橋梁的結(jié)構(gòu)形式和造型被選定，材料的選取就是決定結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有效性的重要環(huán)節(jié)。材料仿生是指模仿生物體的組織結(jié)構(gòu)、化學(xué)成分，研究出新的具有特殊強(qiáng)度

2、、韌性及類生物特性的新材料。當(dāng)今材料仿生學(xué)的發(fā)展，為橋梁工程領(lǐng)域開創(chuàng)了新的天地。日本工程師在普通混凝土中摻加約1%的長(zhǎng)纖維狀分子添加劑，這種纖維互相纏成網(wǎng)狀，其形狀模仿蜘蛛織成的網(wǎng)，使纖維分子的粘度增加，包住混凝土的組分，從而可使混凝土在水中凝固，便于水下工程的施工。貝殼的抗張拉強(qiáng)度高達(dá)100MPa，遠(yuǎn)大于水泥，但它的成分很簡(jiǎn)單，由95%石灰石及5%蛋白質(zhì)粘結(jié)成堅(jiān)固的整體，而且并不需要高溫?zé)Y(jié)。美國國家實(shí)驗(yàn)室已研制出一種高強(qiáng)度聚合物水泥，它是用水溶性糠醛醇的聚合物制成的，組分少，制造工藝簡(jiǎn)單，可快速修補(bǔ)橋梁。昆士蘭果堅(jiān)硬

3、的果殼含有纖維束，而且是任意方向的，幾乎100%占據(jù)了殼的空間，在整體上形成各向同性體，它極難形成裂紋，原因是這種結(jié)構(gòu)不存在任何薄弱環(huán)節(jié)使裂紋得以傳播。一旦仿制出結(jié)構(gòu)相仿的材料用于橋梁結(jié)構(gòu)的建造，那么將會(huì)大大提高橋梁的安全性、穩(wěn)定性和耐久性。國外有科學(xué)家設(shè)想，通過生物工程的研究，把大海里的珊瑚蟲繁衍成的礁島改造成一種能按人的要求而生成的橋墩、碼頭等建筑物，或在陸地先造出所要建的金屬網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，然后放到海里，讓軟體動(dòng)物填滿網(wǎng)格，等到動(dòng)物死去，大量動(dòng)物尸體硬化，由珊瑚和貝殼等復(fù)合材料構(gòu)成的結(jié)構(gòu)也就完成了。這個(gè)設(shè)想需要耗費(fèi)大量的

4、時(shí)間來完成。但是未來一些遠(yuǎn)景規(guī)劃的跨海大橋等龐大構(gòu)造物，可以嘗試使用這種方法來修建橋墩等人工很難施工的水下部分。由于材料是完全來自自然的，結(jié)構(gòu)完成后，它不會(huì)有一般橋梁構(gòu)件所要面臨的設(shè)計(jì)年限問題而成為永久性的結(jié)構(gòu)，并會(huì)隨著時(shí)間的推移更加穩(wěn)定牢固。二、功能仿生功能仿生是在當(dāng)前橋梁仿生設(shè)計(jì)中的薄弱環(huán)節(jié)，但卻是最有價(jià)值的仿生設(shè)計(jì)