西南交通大學結構設計競賽(橋梁承重組)

1、2016西南交通大學西南交通大學結構設計大賽結構設計大賽（橋梁承重組）（橋梁承重組）組號：B10B10作品名稱：自錨式多塔張弦桁架梁懸索橋自錨式多塔張弦桁架梁懸索橋 目錄目錄 1.方案構思方案構思 2.結構設計結構設計 3.特色處理特色處理 4.加載模擬加載模擬 5.計算模型計算模型設計準則 1.符合賽題橋型要求、各尺寸要求與對材料使用限制的要求 2.在滿足安全的條件下盡量少使用材料，以減輕橋梁自重和節(jié)約成本 3.注重結構美觀、簡潔方案構思方案構思對于本次結構設計，我們首先對賽題進行了詳細分析，考慮到組委會提供的材料特點以及賽題對橋型的限制，從安全、耐用、美觀的角度出發(fā)，我們選擇了現(xiàn)在作為我國

2、大跨徑橋最流行的橋型之一的懸索橋，懸索橋作為一種拉索體系，比梁式橋的跨越能力更大，是大跨度橋梁的最主要橋型。為了明確體現(xiàn)組合形式，改進受力和合理性，我們選擇了桁架梁與懸索兩種橋型相結合。為了進一步優(yōu)化受力結構和減輕橋梁質量，我們將桁架梁改為張弦體系的魚腹式桁架梁以此來減輕橋梁自重和提高承載質量，考慮到橋梁的加載重量，我們采用自錨式。橋梁構思的方案選取橋梁構思的方案選取網(wǎng)格式分布T形橫梁懸索和桁架梁組合加勁梁的優(yōu)化設計結構設計結構設計1.按照賽題要求，我們選擇懸索與梁的組合形式2.為了增加主梁的剛度，一般要設加勁梁，我們將加勁梁優(yōu)化成桁架梁，并采用魚腹式梁，充分發(fā)揮材料的作用，在此基礎上，魚腹式

3、桁架的各個下弦桿均受拉，我們將魚腹式桁架的各個下弦桿換為索，并施以一定大小的預應力 ,形成張弦桁架梁結構 ,利用下部拉索的預應力產生的反向彎矩, 抵消上部重荷載產生的彎矩,從而調整結構內力。3. 為了減小最大彎矩，我們將橋設為等跨的三跨，橋的全長為1785mm，橋面寬為240mm，主梁為三根，每根主梁由兩塊長1785mm，高15mm的PVC條粘貼而成，橫梁采用15根T型梁來支撐橋面、傳遞荷載以及為此主梁的側向穩(wěn)定，懸索橋采用多塔形式，在考慮橋梁自重和賽題要求的最大加載量的情況下，我們將左右塔設置成為獨塔不連接形式也能滿足加載要求，并在有支座的地方布置。特色處理特色處理1.橫梁采用T形小橫梁，在

4、保證橋梁剛度的同時，保證了橋面與梁的接觸面積，使橋面更安全不下陷，并且有效的減輕了橋體的質量。2.節(jié)點采用節(jié)點卡，有效防止桿件脫落，如下圖所示：3. 加勁梁采用魚腹桁架梁，并將桁架下弦拉桿改為拉索 ,并施以一定大小的預應力 ,形成張弦桁架梁結構 ,利用下部拉索的預應力產生的反向彎矩, 抵消上部重荷載產生的彎矩,從而調整結構內力。使得加勁梁質量大大減小，結構受力更為合理。4.主纜采用橡膠圈連接，為施加震動荷載時提供足夠的緩沖，保證震動加載成功。加載模擬實驗加載模擬實驗在做正式參賽作品前，由于三跨完全一樣，我們選取一跨，做了兩次進行試驗，由于沒有標準砝碼，我們用石頭代替，經(jīng)測量石頭總重為14.87

5、kg，超過了最大荷載，經(jīng)加載試驗可以看見在要求加載范圍內，模型完全能夠承受住，且撓度也在小范圍內。我們根據(jù)加載情況進行了尺寸修正，來確保以最輕的質量承載賽題要求的荷載。模型計算模型計算橋梁三跨等跨，且結構形式一樣，由于施加震動荷載時，小車停留位置在中跨中間，且兩次加載過程中小車在此處停留時間最長，故只取中跨進行研究，以便受力分析和強度計算。可以將梁簡化為理想桁架結構，由桁架結構可知，各桿均只受軸向力，負值表示壓力，正值表示軸向拉力，由于桁架下弦桿改為連續(xù)繩索結構，故可認為其受力大小均相等，且受拉力，各桿件所受內力圖如下圖所示：由于各桿均受在軸向力作用，因此只需要校核抗拉抗壓強度.=FN/A 對

6、于上弦桿：A=4*15=60mm2 FN=-134.62N =-2.24MPa對腹桿：A=4*6=24mm2 FNmax=-81.8N =-3.41MPa綜上|max=3.41MPau=8MPa 故強度滿足要求。極限位移計算（單位荷載法）由單位荷載法求得中點位移為由于我們主梁可以看作三個平面桁架組成，由T形梁將荷載的力均勻分擔給三根主梁，故橋的整體撓度應該為： 梁的最大撓度小于賽題規(guī)定的15mm，滿足賽題要求。利用Midas Civil 821 建模分析對于靜力荷載，可以直接在每跨跨中施加6kg的等效荷載，即60N的節(jié)點荷載。對于小車產生的動荷載，由于定義較為負載，為了簡化計算，采用靜力荷載工

7、況，計算小車移動中最不利位置附近時的受力情況。下圖是在MIDAS中分析出的結構在靜力荷載作用結構的位移等值線圖，從圖中可以清晰地看到最大位移量為2.34mm，發(fā)生在邊跨的跨中位置附近。最大應力發(fā)生在邊跨跨中附近的下翼緣，最大值1.7MPa。 下圖是在Midas中分析出的結構在小車荷載處于最不利位置時的位移等值線圖，從圖中可以清晰地看到最大位移量為5.39mm，發(fā)生在中跨的跨中位置附近。最大應力發(fā)生在中跨的跨中附近的下翼緣，最大值2.76MPa。 綜上：利用Midas分析時，梁上的最大應力為2.76MPa,小于PVC的抗拉強度30MPa,最大位移量為5.39mm,小于賽題限制的15mm。 經(jīng)過手

8、算與Midas模擬得出的結果均表示橋能加載成功，由于評分時質量得分占據(jù)的比例比較大，因此我們選擇該種質量較輕的設計方案。參考文獻 1結構力學,杜正國主編，西南交通大學出版社 2材料力學I第五版，孫訓方、方孝淑、關來泰主編，高等教育出版社 3 “張弦梁結構在橋梁工程中的應用”，黎明、 楊暉，工業(yè)建筑2008年第38卷增刊，401-405 4 “魚腹式梁結構在橋梁結構設計中的應用與受力”，金鑫，路橋工程2014年8月第4卷第22期 由于暫時還有一些相關課程沒有，相關知識只能自己查閱資料獲得，因此在設計過程中，對于較專業(yè)的問題可能只是一知半解甚至理解錯誤，懇請各位評委老師批評指正！謝 謝 ！ B10組人有了知識，就會具備各種分析能力，明辨是非的能力。所以我們要勤懇讀書，廣泛閱