紙質(zhì)橋梁設(shè)計(jì)方案

1、 科技創(chuàng)新活動(dòng)題 目： 紙質(zhì)橋梁模型制作 年級(jí)專業(yè)： 2011級(jí)水利水電工程 班 級(jí)： 一班 學(xué) 生： * * *（組長(zhǎng)） * * * * * * * * * * * * * * * 指導(dǎo)教師： * * * 日 期： 2013年7月11日 城鄉(xiāng)建設(shè)與工程管理學(xué)院11級(jí)水利水電工程專業(yè)1班科技創(chuàng)新活動(dòng)任務(wù)書之紙質(zhì)橋梁模型制作1、橋梁模型要求：（1）橋梁模型總長(zhǎng)度1000mm，制作誤差不得超過10mm總寬度250mm，制作誤差不得超過5mm，可采用多種橋梁型式。（2）橋面須是水平的。（3）橋的制造必須保證假設(shè)小車的正常通過。假設(shè)小車的尺寸是長(zhǎng)30cm寬21cm高19cm的平板小車。2、材料要求：A

2、0繪圖紙及白乳膠3、加載方法：在橋梁跨中逐漸加載直至模型失效。失效標(biāo)準(zhǔn)為：（1）模型無法按照現(xiàn)場(chǎng)條件正確安裝就位；（2）因模型的部件障礙或變形過大或模型發(fā)生破壞等原因，使得小車不能順利到達(dá)彼岸。（3）橋梁在加載的過程中最大撓度超過2.5cm。（4）超出正常允許情形的其它失效情況。4、分組要求：全班57人分成10組，其中7組6人，3組5人。5、模型加載時(shí)間：星期四下午2點(diǎn)開始。6、評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)：本活動(dòng)以鍛煉學(xué)生的創(chuàng)新思維及團(tuán)結(jié)協(xié)作為目的，評(píng)分根據(jù)學(xué)生的作品及在活動(dòng)中的參與表現(xiàn)綜合評(píng)分?？萍紕?chuàng)新活動(dòng)報(bào)告 紙質(zhì)橋梁模型設(shè)計(jì)一、模型結(jié)構(gòu)分析(1) 、材料力學(xué)性能分析紙作為模型材料，其力學(xué)性能特點(diǎn)是受拉性能

3、良好，抗撕裂能力差，抗彎壓能力近似為零。將紙折成圓筒并用乳膠粘結(jié)后，可承受一定的壓力，但受長(zhǎng)細(xì)比的限制，多為壓桿失穩(wěn)狀態(tài)的受力破壞?？沙惺苌僭S彎矩。乳膠的粘接性能：紙帶對(duì)接時(shí)強(qiáng)度降低，紙帶側(cè)接時(shí)，強(qiáng)度較高，認(rèn)為與母材強(qiáng)度相同。(2) 、構(gòu)件力學(xué)性能經(jīng)過分析，紙卷成圓筒后，承拉能力遠(yuǎn)大于承壓能力。在此構(gòu)件力學(xué)性能分析的基礎(chǔ)上，我們一致認(rèn)為：方案應(yīng)多選擇為拉桿，壓桿短而受力小，盡量不使其受彎矩。2、 設(shè)計(jì)方案分析在模型結(jié)構(gòu)分析的基礎(chǔ)上，我們對(duì)以下幾種設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了分析。1.簡(jiǎn)支梁。簡(jiǎn)支梁受部分均布荷載。由于構(gòu)件受彎是非常不利的，因此如果選用簡(jiǎn)支梁的形式，梁縱截面應(yīng)選用魚腹梁的形式。但制作難度大。如

4、果梁為幾片相同形狀的紙粘接加厚而成，則側(cè)面易失穩(wěn)。因此不便采用。2.拱形結(jié)構(gòu)。拱橋最適于承受均布荷載，但在制作上較費(fèi)材料。由于拱橋需要由很密的拱作片拼成，中間加肋，因此橋的自重較大，不便采用。3.桁架結(jié)構(gòu)。由彎矩分布可以看出，采用梯形桁架較接近彎矩分布，是合理結(jié)構(gòu)。由于在要求荷載下，架橋水平方向必有壓力，且要承受部分均布荷，是處于局部彎壓狀態(tài)。要使構(gòu)件有較良好的壓彎性能，必須多用材料，因此考慮通過局部構(gòu)造措施，將均布荷載轉(zhuǎn)換為兩點(diǎn)或多點(diǎn)集中荷載，結(jié)構(gòu)須是對(duì)稱的。三、具體方案通過對(duì)多種設(shè)計(jì)方案的分析和比較，我們決定采用梯形桁架結(jié)構(gòu)方案。取上、下圓筒軸線距165mm，模型跨度940mm，實(shí)際長(zhǎng)10

5、00mm，寬度250mm，中間倒V字型桿約成90°，符合設(shè)計(jì)要求。考慮到壓桿長(zhǎng)細(xì)比限制，拉桿的抗撕裂能力等因素，桿件尺寸定為內(nèi)徑16mm，外徑18mm，其間還有零桿，起到穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的作用。所有桿件圓筒均用外徑16mm的不銹鋼圓桿做模具。四、實(shí)際制作1.桿件的制作。以外徑16mm的不銹鋼圓桿做模具。全橋共由56根桿件粘接組合而成。其中，4根主跨桿為1000mm長(zhǎng)，200mm寬紙條卷成；24根斜桿和14根水平連接桿為250mm長(zhǎng)，100mm寬紙條卷成；14根豎直壓桿為200mm長(zhǎng)，100mm寬紙條卷成。視實(shí)際拼接情況加以切削。在粘接桿件時(shí)，為了防止乳膠干縮使桿件變形，桿件在模具上粘接，晾干

6、后方才取下。2. 結(jié)點(diǎn)。由結(jié)構(gòu)力學(xué)的知識(shí)知這些結(jié)點(diǎn)都可按鉸結(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)，將桿件需要粘接的一端剪成花瓣?duì)睿羟械牟糠忠延?jì)入卷紙長(zhǎng)），然后與主桿件粘合。3.加固和美化。待所有桿件全部組裝完畢且完全晾干后檢查每個(gè)結(jié)點(diǎn)，加固欲脫落的結(jié)點(diǎn)，在每個(gè)結(jié)點(diǎn)上均勻涂刷一層乳膠。將1000mm×250mm的橋面和橋底粘合到桁架結(jié)構(gòu)上。圖為制作完成后的橋梁整體結(jié)構(gòu)五、橋梁模型加載實(shí)驗(yàn)1、加載前稱重：全橋共515g；尺寸測(cè)量：長(zhǎng)1004mm，寬250mm，符合任務(wù)書中要求的允許誤差范圍。2、 加載按任務(wù)書要求，將橋梁模型裝于實(shí)驗(yàn)臺(tái)上。以加載實(shí)驗(yàn)砝碼作為載荷，逐級(jí)加載，記錄加載重量，觀察各桿件破壞情況及橋梁變形撓度，當(dāng)桿件發(fā)生破壞或者撓度大于25mm時(shí)停止加載。上圖為加載實(shí)驗(yàn)3、破壞形式分析：由于各桿大致等強(qiáng)度，而結(jié)點(diǎn)強(qiáng)度有保證，當(dāng)加載重量達(dá)到29354g時(shí)橋梁撓度達(dá)到25mm，桿件未發(fā)生較大破壞。上圖為加載過后的橋梁模型 6、 活動(dòng)小結(jié)為了更好的完成此次科技創(chuàng)新活動(dòng)，我們積極搜集整理各種資料，在