結構設計大賽計算書

1、一、設計要求競賽模型為竹質(zhì)單跨橋梁結構，采用竹質(zhì)材料制作，具體結構形式不限。1 .幾何尺寸要求（1）模型長度：模型有效長度為1200mm,兩端提供豎向和側向支撐。對于豎向 支撐，每邊支撐長度為0-70mm。（2）模型寬度：在模型有效長度范圍內(nèi)（中央懸空部分），模型寬度應不小于180mm,最寬不應超過300mm在支座范圍內(nèi)，寬度不限，但不應超過 320mm 。（3）模型高度：模型上下表面距離最大位置的高度不應超過400mm為方便小車行駛，中央起拱高度不應超過 40mm端部支座位置處的高度不應超過 150mm2 .結構形式要求對于結構形式?jīng)]有特定要求，橋面設置兩個車道，每個車道寬不得小于90mm車

2、道之間不能有立柱、拉索一類的構件。結構可以僅采用豎向支撐的方式，也可以采用豎向和側向同時支撐的方式來實現(xiàn) 約束。3 .材料（1）竹質(zhì)：用于制作結構構件。有如下兩種規(guī)格：竹子規(guī)格（單位：mm材料2 mnrK 2 mnrK 1000mm竹子2 mnrK 4 mrm 1000mm竹子2 mnK 6 mnK 1000 mm竹子4 mm 6 mnK 1000mm竹子1 mnK 55 mnK 1000 mm竹子竹子力學性能參考值：順紋彈性模量 1.0X104MPa順紋抗拉強度30Mpa（2） 502膠水：用于模型結構構件之間的連接。二、結構選型拱橋橋梁的基本體系之一，建筑歷史悠久，外形優(yōu)美，古今中外名橋遍

3、布各地， 在橋梁建筑中占有重要地位。它適用于大、中、小跨公路或鐵路橋，尤宜跨越峽谷， 又因其造型美觀，也常用于城市、風景區(qū)的橋梁建筑。根據(jù)不同的分類標準，可以分為不同的類型。按拱圈（肋）結構的材料分：有石拱橋（見石橋）、鋼拱橋、混凝土拱橋、鋼筋混 凝土拱橋。按拱圈（肋）的靜力圖式分：有無銀拱、雙較拱、三銀拱（見拱）。前二者屬超 靜定結構，后者為靜定結構。無錢拱的拱圈兩端固結于橋臺（墩），結構最為剛勁，變形小，比有錢拱經(jīng)濟；但橋臺位移、溫度變化或混凝土收縮等因素對拱的受力會產(chǎn) 生不利影響，因而修建無錢拱橋要求有堅實的地基基礎。雙較拱是在拱圈兩端設置可 轉(zhuǎn)動的錢支承，錢可允許拱圈在兩端有少量轉(zhuǎn)動的

4、可能。結構雖不如無錢拱剛勁，但 可減弱橋臺位移等因素的不利影響。三錢拱則是在雙較拱頂再增設一較，結構的剛度 更差些，但可避免各種因素對拱圈受力的不利影響。經(jīng)過我們分析討論，按“實用、經(jīng)濟、安全、美觀”的橋梁設計原則，比較三個 方案的優(yōu)缺點。決定選做拱橋模型。具具有如下優(yōu)點：(1)具有較大的跨越能力，充分發(fā)揮行工及其它抗壓材料的性能；(2)構造較簡單，受力明確簡潔；(3)形式多樣、外型美觀；拱式橋由拱上建筑、拱圈和墩臺組成。在豎直荷載作用下，作為承重結構的拱肋 主要承受壓力，拱橋的支座既要承受豎向力，又要承受水平力，因此拱式橋?qū)A與 地基的要求比梁式橋要高。拱式橋按橋面位置可分為上承式拱橋、中

5、承式拱橋和下承 式拱橋。由于結構設計規(guī)則中的規(guī)定，我們選擇上承式拱(見圖 2),起名為“虹橋”7圖1 虹橋正立面圖三、模型制作竹橋跨度為1. 20m,兩端支座長度為0.07m,橋高為0.15m,橋面上弦桿采用3 根2 mnrK6 mm粘結而成，截面尺寸為 6mrK 6mm；拱截面為兩根4m佛6 mm和1根 2 mmx6mm粘結而成，截面尺寸為 6mm 10 mm；拱平面內(nèi)豎桿尺寸為 4mm 6 mm, 斜桿尺寸2 mmx6 mm。兩根i拱橋通過橫梁(上、下平面桿截面尺寸均為 4m佛6 mm) 和垂直交叉支撐(桿截面尺寸為 4mrK 6 mm)連接成一立體拱桁架橋。模型具體尺寸圖見圖3。(a)正

6、立面模型尺寸圖.o CO100 . IGO JO-6DJO JQ-101 .100 .100 .100 J0,6D.60.&0. 100 .100 耨*四、荷載分析本橋為上承式拱橋，全橋荷載主要包括靜載和動載兩個方面，靜載包括橋體自重，小車的自重及鐵塊自重，動載即小車的自重以及小車行進過程中所產(chǎn)生的沖擊力。1 .靜力分析(1)橋體自重經(jīng)天平稱量本橋的質(zhì)量 m=168g,則橋模型自重 W=mg=0.168 X10=1.68N。根據(jù) 橋梁設計載荷簡化原則，橋體自重應簡化為一均布荷載 qi (qi= W/L=0.168/1.2=0.14 N/m),再以集中力的形式施加在上弦平面的各個節(jié)點上。(3)施

7、加荷載求解在上弦平面各節(jié)點施加橋體自重等效的集中力P1=0.1N ,在跨中的兩個節(jié)點上分別施加小車滿載后的等效集中力P2=11kgX 10N/kg=110N,施加荷載圖見圖2,進行求解。圖2施加靜力荷載AN1G：34：E1經(jīng)過求解得到跨中節(jié)點的最大位移為 3mm小于20mm滿足要求。在荷載作用下 的變形圖見圖3。DISFLiSEHEMTS7EP-1 31 =1 riHE=3 aa =.003154圖3橋在靜載作用下的豎向變形圖2 .動力分析(1)荷載簡化根據(jù)加載要求，整個加載程的總時間不得多于 120s,其中小車在跨中停止10s,小車 在橋上行進的長度為1.2m,由此計算出移動小車的速度 v=

8、1.2m/110s=0.011m/s在移動荷載作用下，橋梁將發(fā)生振動，產(chǎn)生的變形和應力都比荷載靜止不動作用 時大。根據(jù)橋梁車輛振動分析的古典理論，在簡支橋上勻速移動的小車可簡化為一勻 速移動的常力F (F=11kgX10N/kg=110N)作用在橋面上，則每個滿載小車兩個輪分 別等效的常力為F/2=55N。這兩個力隨著時間的變化沿著橋面移動。剛開始施加的荷 載圖形見圖4。表1各桿件的最大內(nèi)力值及其應力桿件名稱上弦桿拱上橫桿下橫桿垂苴斜桿內(nèi)力最大值(N)-241.18-338.47-0.33-0.125-0.73截回卸積（mr2i）3660241212應力（Mpa）-6.70-5.64-0.0140.010-0.06五、總結1、本結構利用細桿來提高柱子的承載力，并利用竹子的抗拉性能，及抗壓性能 來抵抗荷載的作用。2、我們選擇拱作為主體形狀，受力均勻，加載方便。3、拱越高承受壓力越大，我們將上弦桿與拱連在一起，既提高了抗壓能力，又 節(jié)約了材料。4、我們加強頂部和支座處節(jié)點強度。5、根據(jù)多次加載試驗的總結，我們加強了梁端部的強度6、由于拱橋左右受力不均容易產(chǎn)生扭曲，我們用上橫桿的拉力和斜撐的推力來 固定左右07、橋梁綜合性能一部