西南交通大學(xué)結(jié)構(gòu)設(shè)計競賽(橋梁承重組)

1、2016西南交通大學(xué)西南交通大學(xué)結(jié)構(gòu)設(shè)計大賽結(jié)構(gòu)設(shè)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(gòu)思方案構(gòu)思 2.結(jié)構(gòu)設(shè)計結(jié)構(gòu)設(shè)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(shè)計準(zhǔn)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(jié)構(gòu)美觀、簡潔方案構(gòu)思方案構(gòu)思對于本次結(jié)構(gòu)設(shè)計，我們首先對賽題進(jìn)行了詳細(xì)分析，考慮到組委會提供的材料特點(diǎn)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(jìn)受力和合理性，我們選擇了桁架梁與懸索兩種橋型相結(jié)合。為了進(jìn)一步優(yōu)化受力結(jié)構(gòu)和減輕橋梁質(zhì)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(zhì)量，考慮到橋梁的加載重量，我們采用自錨式。橋梁構(gòu)思的方案選取橋梁構(gòu)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(shè)計結(jié)構(gòu)設(shè)計結(jié)構(gòu)設(shè)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(shè)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(chǔ)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(yù)應(yīng)力 ,形成張弦桁架梁結(jié)構(gòu) ,利用下部拉索的預(yù)應(yīng)力產(chǎn)生的反向彎矩, 抵消上部重荷載產(chǎn)生的彎矩,從而調(diào)整結(jié)構(gòu)內(nèi)力。3. 為了減小最大彎矩，我們將橋設(shè)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(cè)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(shè)置成為獨(dú)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(zhì)量。2.節(jié)點(diǎn)采用節(jié)點(diǎn)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(yù)應(yīng)力 ,形成張弦桁架梁結(jié)構(gòu) ,利用下部拉索的預(yù)應(yīng)力產(chǎn)生的反向彎矩, 抵消上部重荷載產(chǎn)生的彎矩,從而調(diào)整結(jié)構(gòu)內(nèi)力。使得加勁梁質(zhì)量大大減小，結(jié)構(gòu)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(shí)驗(yàn)加載模擬實(shí)驗(yàn)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(jìn)行試驗(yàn)，由于沒有標(biāo)準(zhǔn)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(yàn)可以看見在要求加載范圍內(nèi)，模型完全能夠承受住，且撓度也在小范圍內(nèi)。我們根據(jù)加載情況進(jìn)行了尺寸修正，來確保以最輕的質(zhì)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(jié)構(gòu)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(jìn)行研究，以便受力分析和強(qiáng)度計算?？梢詫⒘汉喕癁槔硐腓旒芙Y(jié)構(gòu)，由桁架結(jié)構(gòu)可知，各桿均只受軸向力，負(fù)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(jié)構(gòu)，故可認(rèn)為其受力大小均相等，且受拉力，各桿件所受內(nèi)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(qiáng)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(qiáng)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(diǎn)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(dān)給三根主梁，故橋的整體撓度應(yīng)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(diǎn)荷載。對于小車產(chǎn)生的動荷載，由于定義較為負(fù)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(jié)構(gòu)在靜力荷載作用結(jié)構(gòu)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(yīng)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(jié)構(gòu)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(yīng)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(yīng)力為2.76MPa,小于PVC的抗拉強(qiáng)度30MPa,最大位移量為5.39mm,小于賽題限制的15mm。 經(jīng)過手算與Midas模擬得出的結(jié)果均表示橋能加載成功，由于評分時質(zhì)量得分占據(jù)的比例比較大，因此我們選擇該種質(zhì)量較輕的設(shè)計方案。參考文獻(xiàn) 1結(jié)構(gòu)力學(xué),杜正國主編，西南交通大學(xué)出版社 2材料力學(xué)I第五版，孫訓(xùn)方、方孝淑、關(guān)來泰主編，高等教育出版社 3 “張弦梁結(jié)構(gòu)在橋梁工程中的應(yīng)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(jié)構(gòu)在橋梁