結(jié)構(gòu)設(shè)計大賽橋梁計算書

-.z.橋梁構(gòu)造設(shè)計理論方案作品名稱蔚然水岸參賽學(xué)院建筑工程學(xué)院參賽隊員呂遠(yuǎn)、李麗平、李怡瀟、趙培龍專業(yè)名稱土木工程一、方案構(gòu)思1、設(shè)計思路對于這次的設(shè)計，我們分別考慮了斜拉橋、拱橋、梁式橋和桁架橋的設(shè)計方案。斜拉橋可以看作是小跨徑的公路橋，且對剛度有較高的要求，所以斜拉橋?qū)Σ牧系囊蟊葦M高，對于用桐木強(qiáng)度比不上其他樣式的橋來得結(jié)實(shí)；拱橋最大主應(yīng)力沿拱橋曲面而作用，而沿拱橋垂直方向最小主應(yīng)力為零，可以很好的控制橋梁豎直方向的位移，但鎖提供的支座條件較弱，且不提供水平力，顯然也不是一個好的選擇；梁式橋有較好的承載彎矩的能力，也可以較好的控制使用中的變形，但橋梁的穩(wěn)定性是個很大的問題，控制不了橋梁的扭轉(zhuǎn)變形，因此，我們也放棄了制作梁式橋的想法；而桁架橋具有比擬好的剛度，腹桿即可承拉亦可承壓，同時也可以較好的控制位移用料較省，所以，相比之下我們最后選擇了桁架橋。2、制作處理〔1〕、截桿裁桿是模型制作的第一步。經(jīng)過試驗(yàn)我們發(fā)現(xiàn)，截桿時應(yīng)該根據(jù)不同的桿件，采用不同的截斷方法。對于質(zhì)地較硬的桿應(yīng)該用工具刀不斷切磋，如同鋸開；而對于較軟的桿應(yīng)該直接用刀刃用力按下，不宜用刀口前后切磋，易造成截面破損。〔2〕、端部加工端部加工是連接的是關(guān)鍵所在。為了能很好地使桿件彼此連接，我們根據(jù)不同的連接形式，對連接處進(jìn)展處理，例如，切出一個斜口，增大連接的接觸面積；刻出一個小槽，類似榫卯連接等?！?〕拼接拼接是本模型制作的最大難點(diǎn)。由于是桿件截面較小，接觸面積不夠，乳膠枯燥較慢等原因，連接是較為困難的。我們采取了很多措施加以控制，如用鐵夾子對連接處加強(qiáng)壓、用蠟線進(jìn)展綁扎固定等。對于拱圈的制作，則預(yù)先將桿件置于水中浸泡并加上預(yù)應(yīng)力使其不斷彎曲，并按照先前劃定的拱形不斷調(diào)整，直至到達(dá)理想形狀。在拱腳處處理時，先粘結(jié)一個小的木塊，讓后用鐵夾子施加很大的壓力，保證連接能足夠結(jié)實(shí)。乳膠粘接時要不斷用電吹風(fēng)連續(xù)性地吹風(fēng)，使其盡快形成粘接力，到達(dá)強(qiáng)度的70%〔根本固定〕后即可讓其自行風(fēng)干?！?〕風(fēng)干模型制作完成后，再次用吹風(fēng)機(jī)連續(xù)性地吹粘接處，根本穩(wěn)定后，讓其自然風(fēng)干?！?〕修飾在模型完成之后，為了增強(qiáng)其美觀性，用砂紙小心翼翼的將桿件說明的毛刺打磨光滑，注意不要破壞構(gòu)造，以免影響其穩(wěn)定。3、設(shè)計假定(1)、材質(zhì)連續(xù)，均勻；(2)、梁與索之間結(jié)點(diǎn)為鉸結(jié)；梁與塔柱〔撐桿〕之間的連接為剛結(jié)；撐桿與下部拉條之間為鉸結(jié)；橋梁支座為連續(xù)彈性支座；(3)、橋面和橋梁本身質(zhì)量以均布荷載作用在整個梁上；加載時，車輛移動荷載以集中力的形式作用在指定的梁上。(4)、桿件計算時采用構(gòu)造的計算模式；根據(jù)以上假定，通過構(gòu)造力學(xué)求解器建立計算模型，所得的內(nèi)力和位移作為構(gòu)件設(shè)計的依據(jù)。二、材料的力學(xué)性能1、桐木根據(jù)試驗(yàn)分析數(shù)據(jù),每次試驗(yàn)有三到四組試驗(yàn)數(shù)據(jù)，剔除無效的數(shù)據(jù)，采用有效數(shù)據(jù)的平均值，根據(jù)彈性理論計算桐木的彈性模量E。拉伸試驗(yàn)：(1)2×2木桿：去除第三組偏差較大的數(shù)據(jù)E1=F×L/〔△L××70/(2×2×E2=F×L/〔△L××70/(2×2×E=(E1+E2(2)2×5木桿：E1=F×L/〔△L××70/(2×5×E2=F×L/〔△L××70/(2×5×(3)2×10木桿：E1=F×L/〔△L××110/(2×10×E2=F×L/〔△L××110/(2×10×E3=F×L/〔△L×××(4)3×3木桿：E1=F×L/〔△L×A)=281,436×E2=F×L/〔△L××70/(3×3×E3=F×L/(△L××70/(3×3×E=(E1+E2+E3)/3(5)3×5木桿：去除第三組偏差較大的數(shù)據(jù)E1=F×L/(△L××70/(3×5×E2=F×L〔△L××70/(3×5×E=(E1+E2(6)4×6木桿：去除第三組偏差較大的數(shù)據(jù)E1=F×L/(△L××70/(4×6×E2=F×L/(△E=(E1+E2由以上計算數(shù)據(jù)可以得出，截面越大，計算得到的彈性越小。這是由于木材內(nèi)部的缺陷導(dǎo)致的，桐木截面面積越大，截面越對稱，所含的缺陷對彈性模量E的影響越小。因此，我們?nèi)椥阅Ａ縀=60OMPa。此外，根據(jù)木材的拉伸、壓縮試驗(yàn)，壓桿試驗(yàn)及彎曲試驗(yàn)的試驗(yàn)結(jié)果，我們還可以得出以下結(jié)論：桐木的順紋抗壓強(qiáng)度比抗拉強(qiáng)度低，因此用桐木做拉桿能夠更好的利用材料。4×6木桿的抗彎強(qiáng)度比抗壓強(qiáng)度降低很多．要充分利用材料，使之受拉較好．桐木強(qiáng)度指標(biāo)的離散性大,變異性強(qiáng)。由一于內(nèi)部構(gòu)造不均勻份致的應(yīng)力集中所致。尤其是抗拉強(qiáng)度，因此受拉桿件宜采用較大的平安系數(shù)。在計算桐木的彈性模量時，要充分考慮這個影響因素，選用有效的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。木在受壓時，在*個較小力值范圍內(nèi)會產(chǎn)生很大的變形；當(dāng)變形到達(dá)一定數(shù)值時，桐木所能承受的壓力急劇增大，但此時變形卻很小。⑤桐木為各向異性材料，順紋方向與橫紋方向受力性能差異較大。制作中要防止橫紋受力。2、臘線根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，由公式E=F×L/〔△L×A〕計算出臘線的彈性模量，在試驗(yàn)數(shù)據(jù)的取值方面，由于多股臘線由單股臘線人工搓捻而成，因此多股臘線的受拉承載力受人為因素的影響，故在數(shù)據(jù)的選取中我們?nèi)”Ｊ刂?。計算單股臘線的彈性模量：E=F×L/(△L××200/(××14.6275)=·圖表資料(2)雙股臘線計算雙股臘線的彈性模量：E=F×L/〔△L××200/〔××·圖表資料(3)三股臘線計算三股臘線的彈性模量：E=F×L/(△L××200/〔···圖表資料(4)四股臘線計算四股臘線的彈性模量：E=F×L/(△L××200/(××·圖表資料由于以上的計算結(jié)果及圖表資料得知,由于人工搓繩的不確定性較大．不能保證多股臘線與單股臘線的彈性模量的倍數(shù)關(guān)系。因此,臘線的彈性模量:E=1323.566MPa三、方案立體圖四、計算書1、構(gòu)造選型：我們所設(shè)計的橋采用的是空間組合形式，構(gòu)造以梁承受抗彎，以腹桿承受抗壓抗拉。桁架橋構(gòu)造應(yīng)用桐木材料和線索柔性構(gòu)件抗拉強(qiáng)度高的臘線，構(gòu)造可以做到構(gòu)造自重相對較輕，體系的剛度和形狀穩(wěn)定性相對較大，因而可以跨越很大的空間。同時四棱錐式的設(shè)計有防止了構(gòu)造受側(cè)向力和扭轉(zhuǎn)的影響,并可以使?jié)M載時的小車可以順利通過。2、荷載分析橋的主要承重為：橋面板和梁本身的重量和車輛移動荷載。〔1〕橋面板和梁本身的重量。桐木材料的平均重量為0.5g/cm平方，考慮乳膠及其他因素，將其擴(kuò)大至N/M。橋梁長1660mm，經(jīng)計算，橋梁自重約為g。將其設(shè)置為均勻荷載，經(jīng)計算得q=1.3N/m，考慮乳膠及其他因素，將q擴(kuò)大至q=2N/m〔2〕車輛移動荷載。通過做影響線確定梁、腹桿和臘線的最不利荷載位置，進(jìn)而求出橋面梁和拉索的極限力和彎距。將小車在車輪與橋面接觸點(diǎn)簡化成2個集中荷載，同時車輛通過速度可控制，所以在任意時刻可以按靜載處理。這樣每條主梁同時受均布力及兩個集中荷載。小車質(zhì)量=15kg另