仿生学在现代桥梁设计中的应用.pdf

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1、仿生学在现代桥梁设计中的应用摘要:随着社会经济的飞速发展，人们对生活质量的要求也越来越高，越来越多的仿生学理念被应用在现代桥梁设计中，文章主要从形态仿生、结构仿生、材料仿生、功能仿生等方面对仿生学理念在桥梁设计中的应用进行相关探析，结合自身工作经验提出相关问题及个人观点。关键词:仿生学；自然；桥梁设计；生物体结构一、材料仿生材料科学的进步无疑是桥梁结构进化和发展中最为重要的因素之一。当桥梁的结构形式和造型被选定，材料的选取就是决定结构设计有效性的重要环节。材料仿生是指模仿生物体的组织结构、化学成分，研究出新的具有特殊强度

2、、韧性及类生物特性的新材料。当今材料仿生学的发展，为桥梁工程领域开创了新的天地。日本工程师在普通混凝土中掺加约1%的长纤维状分子添加剂，这种纤维互相缠成网状，其形状模仿蜘蛛织成的网，使纤维分子的粘度增加，包住混凝土的组分，从而可使混凝土在水中凝固，便于水下工程的施工。贝壳的抗张拉强度高达100MPa，远大于水泥，但它的成分很简单，由95%石灰石及5%蛋白质粘结成坚固的整体，而且并不需要高温烧结。美国国家实验室已研制出一种高强度聚合物水泥，它是用水溶性糠醛醇的聚合物制成的，组分少，制造工艺简单，可快速修补桥梁。昆士兰果坚硬

3、的果壳含有纤维束，而且是任意方向的，几乎100%占据了壳的空间，在整体上形成各向同性体，它极难形成裂纹，原因是这种结构不存在任何薄弱环节使裂纹得以传播。一旦仿制出结构相仿的材料用于桥梁结构的建造，那么将会大大提高桥梁的安全性、稳定性和耐久性。国外有科学家设想，通过生物工程的研究，把大海里的珊瑚虫繁衍成的礁岛改造成一种能按人的要求而生成的桥墩、码头等建筑物，或在陆地先造出所要建的金属网状结构，然后放到海里，让软体动物填满网格，等到动物死去，大量动物尸体硬化，由珊瑚和贝壳等复合材料构成的结构也就完成了。这个设想需要耗费大量的

4、时间来完成。但是未来一些远景规划的跨海大桥等庞大构造物，可以尝试使用这种方法来修建桥墩等人工很难施工的水下部分。由于材料是完全来自自然的，结构完成后，它不会有一般桥梁构件所要面临的设计年限问题而成为永久性的结构，并会随着时间的推移更加稳定牢固。二、功能仿生功能仿生是在当前桥梁仿生设计中的薄弱环节，但却是最有价值的仿生设计