新时期桥梁设计与优化中的仿生方法的应用

材料性能、运动规律等；另一方面是微观仿生，这一仿生的重点内容就是生物体内部的内容，即对各种系统功能的仿效，比如循环、免疫、神经，通过对这些系统的模仿能够保证桥梁的功能性和使用性。

二、 桥梁建设的仿生

在新时期的桥梁设计和优化的过程中，我们不难发现如下方面的仿生方法的应用，如桥梁的外形、结构、材料、本质等方面，下面我们就要要就一下仿生方法在桥梁建设中的应用。

1. 桥梁外形上的仿生

西班牙的一个设计师在桥梁设计过程中最先从形态上进行仿生，其主要灵感是来自于对植物和骨骼的形态进行的 仿效，在卡拉特拉瓦的设计中充分体现了很多自然主义，同 时，其在设计中也充分借鉴了西班牙的另一位著名建筑设计 师高迪的设计理念，在他的设计中有的是对牛的头部结构的 仿效，也有的是对人体脊柱骨骼进行的仿效，也正是因为有 这样的作品存在，所以，人们对他的设计产生了很多不同的 声音，或者认为荒诞、形状怪异，施工难度大。但是对于该设 计者自身而言，其认为自已的仿生设计并没有技术含量，而是单纯的对 自然形态的仿效，所需要的施工材料是最常见的钢筋混凝土。

2. 桥梁结构上的仿生

在自然界和生物界中有很多骨骼和组成结构是桥梁设计中可以应用到的，生物学的发展也让大众认识到了在自然界中存在着如此之多的结构形态，就比如我们最熟悉的人体骨骼结构 ，其主要是由其中的脊柱i髋 、股、胫、足等骨骼构成的，其中人体 自重量是通过足骨来进行分解的，而需要承重的骨骼的骨质都是 比较密实的。这样的生物结构形态在桥梁设计中就可以充分得到应用，任何一个桥梁结构的产生都不是设计师的凭空想象结果，而是设计师以合理的设计理念从自然界中获得的灵感体验。在桥梁结构中也需要具有完 整的承载力分散方式，这是保证桥梁使用功能和持续性的重要因素，如果所设计的结构并不能很好的进行力量的分散，那么，这就证明了该桥梁结构不能进行建造，是不合理的。对于人体骨骼仿效效果相对较好的桥梁工程要属卡拉特拉瓦所设计的科兹桥，因为该桥乔高119 m，在桥塔上辐射出了66个拉索，其在2010年正是投入使用，到现在为止其也 是耶路撒冷的一座城市风景线。

3. 桥梁材料上的仿生

自然界对于人类而言就是一个巨大的藏宝箱，在这里有很多人们生产生活所能够应用到的东西，不但具有石油资源、煤炭资源、钢铁资源等这些 自然物品的显性应用 ，还有从自然界中所获得的材料应用灵感而进行的隐性应用。比如在当前任何一种建筑中都会应用 的钢筋与混凝土结合的方式来加固工程建筑一个园丁工人从植物根部与土壤的关系中得到的启示。对于现代建筑而言，其强调建筑的绿色环保，建筑物的可持续性以及资源充分利用性，所以，桥梁的设计者需要充分考虑到该如何最大可能的发挥建筑材料的功能作用。在科学技术整体发展的今天，为我国桥梁设计中对仿生法的应用提供了很大的支持，新型仿生材料的出现能够很好的改善现有建筑材料的功能 ，甚至发展良好会取代现有的桥梁建筑材料例如，水泥的抗拉性同贝壳相比较就要弱很多，因为在贝壳中含有 95%左右的石灰石，和5%的蛋白质成分这就在告诉人们这种化学组成方式会提高建筑物体的

抗拉性，同时还能够减少其他化学材料对环境的污染。除此之外，对于桥梁而言 ，还需要具有防水、防腐蚀等特征以保证其使用寿命，而对于防水性而言，在吉林大学的仿生实验中就发现了蝴蝶翅膀上的鳞片结构能够起到很好的防水性能，同时还具有较强的自洁功能。这些都是我们在桥梁设计中能够应用到的。还比如，目前已经被广泛应用到路标中的发光材料，其在 白天可 以吸收并储存太阳光，而在夜晚又能保证持续的发光，能全面的提高桥梁交通的安全性。

4. 桥梁机理上的仿生

在仿生学中，研究的主要对象就是 自然界中各种动植物的功能机理，常见的就是力学、能量转化、行为等等。在该方面的仿生应用，人类从很早就开始进行了，比如飞机的机翼就是对鸟类翅膀功能机理的仿效，但是，最初的机翼会出现震颤问题，这时人们又回归到了生物界去寻找解决方式，最后通过对蜻蜒翅膀上的翅痣进行研究和模仿成功的解决了飞机的问题。桥梁的寿命总是会受到来自自然界中的地震、洪水、狂风的影响，桥梁自身所承受的风险也在增大，为了保证桥梁的安全使用性 ，在设计过程中要积极寻找办法规避这些风险因素所带来的危害。那么，在 自然界中的生物在经历了地震、洪水、狂风等之后都会很 自然的存在着，其中的功能机理是桥梁设计需要借鉴的。在德国一所大学的生物研究人员对楔叶类植物和稻目类植物的变刚度进行的深入研究，发现，在巴西生长的一种巨型木贼以及木贼草这两种植物的细胞就会通狂风等的影响，同时随着当前桥梁建设的跨度在不断过自我调整来改变植物体系的刚度来适应外界带给植物的压力。这种生物功能性的机理就可以应用在大跨度桥梁中的桥墩和桥塔上，从而让该桥梁具有类似于生命的体质特征。

三、 结束语

在自然界中各种事物之间都存在着普遍联系，生物学和建筑学之间存在的联系更是非常明显，因此，在创新理念不断发展的今天，人们强烈要求用仿生法来进行桥梁的设计和优化，以提高桥梁的各种性能。从而能在很大程度上促进桥梁的建设，促进社会的发展。

参考文献：

[1]于辉，谢守军.仿生学在现代桥梁建筑中的应用[J].山西建筑，2008，（34）.

[2]沙莎，王强，赖疆.仿生学在桥梁建筑中的应用及前景展望[J].科技资讯，2007，（27）.

[3]张敏，薛圣言.浅谈仿生设计在建筑中的运用[J].山西建筑，2011，（1O）.

[4]叶青会，陶健，俞冬良，李忠学.仿生学原理在空间结构中的应用[J].结构工程师 。2010，（3）.

推荐访问： 新时期 桥梁 优化 方法 设计

---