結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)大賽報(bào)告書

1、“錐映長空”橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算說明書學(xué)院名稱： 公路學(xué)院 團(tuán)隊(duì)名稱： 突擊小分隊(duì) 專業(yè)名稱： 公路工程 學(xué)生姓名： 龔?fù)?黃富斌 胡棟梁 黃蕾 聯(lián)系電話：（一） 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)說明書1， 結(jié)構(gòu)的選型 各種結(jié)構(gòu)形式優(yōu)缺點(diǎn)的比較結(jié)構(gòu)形式優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)桁架桿件只受拉、壓，材料性能得到充分利用結(jié)點(diǎn)不易處理，制作難度大，重量大拱受力合理、承載力大制作復(fù)雜、重量大、計(jì)算煩瑣（移動荷載作用下，拱處于彎、剪、壓復(fù)合受力狀態(tài)，穩(wěn)定性不好驗(yàn)算）懸索、斜拉主要受拉，材料性能得到充分利用，跨度可以很大、重量輕繩的彈性大，加載儀器不提供錨固，制作要求苛刻，無法實(shí)現(xiàn)索拱受力明確、合理，材料性能得到充分利用，重

2、量輕，制作簡單、上承式受荷便于小車通過，計(jì)算方便對受拉蠟線帶制作、安裝要求高 通過上表的比較，我們?nèi)菀椎贸鼋Y(jié)論：無論從受力、重量、制作加工各個方面看，索拱結(jié)構(gòu)都是我們的最佳選擇。我們的橋采用的結(jié)構(gòu)形式為：索拱結(jié)構(gòu)，其中橋梁上部結(jié)構(gòu)采用的是連續(xù)鋼構(gòu)。具體來講，結(jié)構(gòu)有如下優(yōu)點(diǎn) 主梁采用連續(xù)剛構(gòu)，這樣能時跨中的彎矩變小提高承載能力，同時能減少橋梁的扭曲變形。 懸索由多根蠟線組成，處于受拉狀態(tài)，充分發(fā)揮這種材料的抗拉性能。 懸索與主梁之間采用大小不等的四棱錐聯(lián)接，由于四棱錐側(cè)面為三角形，三角形的結(jié)構(gòu)是相當(dāng)穩(wěn)固的。其中創(chuàng)新之處在于 我們制作模型時將直梁做成微彎曲的拱形，并用蠟線拉緊，這樣相當(dāng)于預(yù)應(yīng)力梁，

3、可以提高結(jié)構(gòu)的承載能力， 且減少撓度值。 從橋梁的整體來看，結(jié)構(gòu)的材料用量少，滿足了經(jīng)濟(jì)性，從外觀上，將會在視覺上產(chǎn)生一種極有張力的效果，在結(jié)構(gòu)受力與凸顯力度上兩全其美。此外主梁段的錐以索相連，形成倒拱的效果，雖其線條不能做到與真正的拱一般圓滑柔美，但是其效果將簡潔明快，不輸弧度的風(fēng)采。2 模型的制作工藝 橋面主梁與橫隔梁 都采用矩形截面，制作方便，施工速度快?？缰辛⒅捎脠A柱型結(jié)構(gòu)，充分利用圓柱的抗壓能力，提高立柱的強(qiáng)度。接點(diǎn)處理 個別重要接點(diǎn)運(yùn)用蠟線箍扎，并且涂刷乳白膠加固定型。 提高了接點(diǎn)的牢固性，提高結(jié)構(gòu)整體性。3 施工操作的可行性與難度經(jīng)過我們組的反復(fù)討論與研究，這種結(jié)構(gòu)操作上是可行

4、的，但是錐與蠟線如何連接時一個難題，因此我們商討出兩種方案來處理這個問題。第一種： 在四棱錐的四個棱柱頂端分別刻槽，然后讓從這四個槽中穿過，但這種方案的缺點(diǎn)錐頂不能把力集中在一個點(diǎn)上，從而破壞了錐的穩(wěn)定性。第二種：將錐頂粘結(jié)在一起，然后削平，再集中粘結(jié)在一個小木片上，再在這個木片的底端刻槽，將蠟線從槽中穿過。這種解決辦法將錐形成一個整體，符合結(jié)構(gòu)的要求。經(jīng)過我們的反復(fù)討論決定采用第二種方法。 (二) 結(jié)構(gòu)計(jì)算書1 計(jì)算簡圖通過用midas對結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析,得到如下的結(jié)構(gòu)計(jì)算簡圖2 荷載分析通過對橋梁分析，我們可以看出結(jié)構(gòu)受力是明確合理的，其傳遞方式是：小車荷載 橋面板(橫隔梁) 主梁和柱子 蠟線

5、 基礎(chǔ) 橋受的荷載小車和是砝碼的移動動荷載，小車是緩慢勻速速的通過橋面，我們認(rèn)為每一時刻小車的荷載為靜荷載，動力效應(yīng)很小，且小車的軸距與橋梁的跨度相比較小，因此為了計(jì)算簡便，將荷載視為集中荷載由對連續(xù)梁的彎矩包絡(luò)圖可知，存在兩個不利位置，如下圖： 不利位置1 不利位置2通過midas對兩種不利位置的內(nèi)力計(jì)算，發(fā)現(xiàn)不利位置2的內(nèi)力小于不利位置1的內(nèi)力，因此我們只需驗(yàn)算不利位置1的內(nèi)力。3 結(jié)構(gòu)的尺寸 （單位cm） 結(jié)構(gòu)平面圖尺寸 立面圖尺寸4 截面選取 b×h (cm)片數(shù)每片長度 （cm）總長度(m)主梁0.5×2.821643.28橫隔梁11×1.413172.

6、21橫隔梁20.5×1.410171.70錐截面0.6×0.61816.58/11.4/81.84蠟線R=0.3預(yù)計(jì)所需各類木材量為：5mm×28mm 3.5m 10mm×14mm 5m 5mm×14mm 2m 注：以上尺寸是初步設(shè)計(jì)時用的，可能后面需要局部加強(qiáng)。5 內(nèi)力分析用midas進(jìn)行受力分析，對單元進(jìn)行如下定義：E木=600N/mE線=1300 N/m單元長度及尺寸用上面所示可得到 不利位置1的彎矩圖, 不利位置1的上部結(jié)構(gòu)軸力圖 不利位置1的下部軸力圖不利位置1的剪力圖6 承載能力驗(yàn)算 最不利情況下各構(gòu)件的內(nèi)力 Mmax（N·

7、;mm）Nmax（N）Qmax（N）主梁2630+11.2-16.625.0錐形桁架0-23.20橫隔梁1,2由于內(nèi)力較小，可忽略驗(yàn)算蠟線將強(qiáng)度視為無限大，忽略驗(yàn)算截面最大應(yīng)力情況彎曲應(yīng)力（MPa）軸向應(yīng)力（MPa）剪切應(yīng)力（MPa）主梁4.0+0.44-0.110.18錐形桁架0-0.640橫隔梁1,2由于內(nèi)力較小，可忽略驗(yàn)算蠟線將強(qiáng)度視為無限大，忽略驗(yàn)算根據(jù)已知：【】桐木抗壓=12 MPa, 【】桐木抗拉=8MPa， 可以得出各點(diǎn)的應(yīng)力在安全范圍之內(nèi)，考慮到小車在實(shí)際中并不是以集中力的形式加在橋梁上，因此我們的設(shè)計(jì)還是偏于安全的， 以上是用手算得出的結(jié)果，現(xiàn)在我們用midas對結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分

8、析：通過以上結(jié)果分析，我們可以看出在跨中位置和索纜與橋面連接處的應(yīng)力較大，與手算的基本相符，因此在模型制作過程中對以上部位進(jìn)行局部加強(qiáng)。 穩(wěn)定性驗(yàn)算：根據(jù)內(nèi)力圖分析，最存在穩(wěn)定性問題的構(gòu)件是最大四棱錐的最長桿件，將其桿簡化成兩固定的，有已知可得：回轉(zhuǎn)半徑：i = （I/A）= ( h·h/12)長度因數(shù)：=0.5長細(xì)比=li = 48【】=（··E【】）=22故>【】，因此需要進(jìn)行壓桿穩(wěn)定驗(yàn)算：Fcr=··El（l·l）=600N>69.5N，故不會發(fā)生失穩(wěn)破壞。結(jié)構(gòu)變形驗(yàn)算：用midas進(jìn)行位移分析，將參數(shù)輸入其中，可以得到：最大位移發(fā)生在跨中截面，位移值：11.279，滿足要求。承載能力預(yù)估： 以上是10 Kg的位移情