結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽說(shuō)明書(shū)

.第一屆遼寧省普通高等學(xué)校大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽設(shè)計(jì)方案作品名稱(chēng)飛虹架索學(xué)校名稱(chēng)遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)生姓名李天慶學(xué)號(hào)0309160112學(xué)生姓名劉金輝學(xué)號(hào)0309020115學(xué)生姓名張祥雨學(xué)號(hào)0309120131指導(dǎo)教師鞏玉發(fā)聯(lián)系電話0418—3350654二OO七年四月二十日精選word范本！.目錄“飛虹架索”設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 1一、設(shè)計(jì)概要 3二、方案構(gòu)思 31、材料力學(xué)性能估計(jì) 32、構(gòu)件力學(xué)性能 33、橋梁骨架構(gòu)思 4三、整體布局 4三、功能 5四、結(jié)構(gòu)選擇 51、簡(jiǎn)支梁 52、拱形結(jié)構(gòu) 53、桁架結(jié)構(gòu) 64、對(duì)桁加結(jié)構(gòu)的三個(gè)方案進(jìn)行進(jìn)一步分析 6五、制作工藝 6六、畫(huà)龍點(diǎn)睛（特色說(shuō)明） 8“飛虹架索”方案圖 9一、效果圖 9二、結(jié)構(gòu)布置圖 10“飛虹架索”結(jié)構(gòu)計(jì)算書(shū) 11一、計(jì)算設(shè)計(jì)模型 11二、荷載分析 11三、撓度分析 11四、內(nèi)力計(jì)算 15五、 承載能力估算 16精選word范本！.“飛虹架索”設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)一、設(shè)計(jì)概要模型制作材料為白卡紙和乳白膠和蠟線。模型跨度1075至1100mm，支座簡(jiǎn)支，間距1100mm，模型實(shí)際長(zhǎng)度為1094mm。橋面寬150mm（300mm的要求），橋最高點(diǎn)與最低點(diǎn)距 離380mm，橋的框架結(jié)構(gòu)寬75mm（軸線距），結(jié)構(gòu)高度不得高于或低于行車(chē)橋面 300㎜。對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)能通過(guò)長(zhǎng)200㎜，寬100㎜，高150㎜的小車(chē)。二、方案構(gòu)思1、材料力學(xué)性能估計(jì)1）、白卡紙作為模型材料，其力學(xué)性能特點(diǎn)是受拉性能良好，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。可承受少許彎矩。2）、乳膠的粘接性能：紙帶對(duì)接時(shí)強(qiáng)度約降低50％，低帶側(cè)接時(shí)，強(qiáng)度較高，認(rèn)為與母材強(qiáng)度相同。（3）、蠟線承受的拉力較大，一根承受 48N，兩根承受110N。2、構(gòu)件力學(xué)性能我們先對(duì)設(shè)計(jì)荷載200N所需的構(gòu)件載面大小，受壓時(shí)的長(zhǎng)細(xì)比限制做了初步估計(jì)，做了如下實(shí)驗(yàn)：1）、用45mm寬紙條卷成內(nèi)徑5mm，外徑10mm的圓筒，可承受遠(yuǎn)>300N的拉力，因此這種拉桿對(duì)設(shè)想中的幾種方案均能滿足受力需要。2）、將45mm寬紙條卷成內(nèi)徑10mm的圓筒，當(dāng)長(zhǎng)300mm時(shí)，可承受100N的壓力。長(zhǎng)度小于300mm進(jìn)，受壓能力>100N，例如100mm長(zhǎng)的壓桿，可承受150N以上的壓力。在此構(gòu)件力學(xué)性能分析的基礎(chǔ)上，我們認(rèn)為：方案應(yīng)選擇多為拉桿，精選word范本！.壓桿短而受力小，盡量不受彎矩者為宜。3、橋梁骨架構(gòu)思根據(jù)以上材料力學(xué)性能和構(gòu)件力學(xué)性能進(jìn)行方案構(gòu)思 ,起主要作用的是上平弦桿，在水平方向延伸。下弦桿受拉，中間的斜桿件受壓，支桿受壓。桁架中的桁桿互相平行而有規(guī)則，看上去更輕快。飛虹架索橋橋骨架用料表 （單位㎜）總類(lèi)長(zhǎng)寬外徑內(nèi)徑上弦桿10942003010下弦桿12002002010壓桿150100155斜壓桿720150205桁桿既不能太細(xì)也不能太粗，表面應(yīng)是封閉的，與弦桿連接采用小結(jié)點(diǎn)綁扎，等價(jià)于鉸結(jié)點(diǎn)。桁架橋上弦桿采用微曲桿，其整體性變的柔和美觀，既顯示了橋梁的預(yù)拱度，同時(shí)又很好的體現(xiàn)出將很大空間一跨而過(guò)的力動(dòng)感。三、整體布局本橋下部采用桁架結(jié)構(gòu)，上部采用斜拉橋形式，總體上屬于組合體系橋梁。本橋采取的布局是對(duì)稱(chēng)形式。1、橋下部由三個(gè)全等的三角形構(gòu)成，左右兩個(gè)三角形又由支桿分成兩個(gè)全等三角形。三角形比圓形、長(zhǎng)形更具活力，容易增加空間感。三角形其能保持穩(wěn)定性，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中可簡(jiǎn)化構(gòu)件種類(lèi)、減輕構(gòu)件重量。2、直桿具有堅(jiān)強(qiáng)剛直的特性和冷峻感。橋梁是一種水平方向延伸的線形結(jié)構(gòu)，水平上弦桿功能得到發(fā)揮。3、豎直桿體現(xiàn)力量的強(qiáng)度，表達(dá)了崇高向上、豎挺而嚴(yán)肅的情感。本橋的支桿和獨(dú)柱式主塔都采用豎直桿，增加均衡穩(wěn)定、比例和諧的美感。精選word范本！.、斜桿更具有力感、動(dòng)感與方向感，顯得活潑與生動(dòng)。本橋的桁架中的腹桿、斜拉的繩索采用斜桿和斜線，簡(jiǎn)潔明快。三、功能本橋梁的功能主要有如下三個(gè)：第一、允許小車(chē)順利通過(guò)。橋面寬 150㎜，小車(chē)寬100㎜，兩側(cè)各余25㎜，單車(chē)道小車(chē)自由通行。第二、允許行人通過(guò)。在行車(chē)道與外欄桿之間有人行道， 人行道與行車(chē)道之間有內(nèi)欄桿相隔。第三、在橋梁的中間人行道處可以觀看風(fēng)景，作為觀景臺(tái)。四、結(jié)構(gòu)選擇確定設(shè)計(jì)荷載為 200N。考慮到壓桿長(zhǎng)細(xì)比限制，拉桿的抗撕裂能力等因素，拉桿均選用內(nèi)徑 10mm罌桿件，拉桿外徑 20mm，壓桿選用內(nèi)徑 10mm,外徑15mm。在此基礎(chǔ)上，做了以下幾個(gè)方案分析：1、簡(jiǎn)支梁簡(jiǎn)支梁受部分均布荷載（按加載要求）。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，梁堆截面應(yīng)選用魚(yú)腹梁的形式。 但制作難度大。如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，在目前橋梁的最大承重 200N的限制下，不便采用。精選word范本！.3、桁架結(jié)構(gòu)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)件是較良好的壓彎性能， 必須多用材料，因此考慮通過(guò)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。又由于結(jié)構(gòu)須是對(duì)稱(chēng)的，為了節(jié)約材料、決定把集中荷載轉(zhuǎn)化成兩點(diǎn)集中荷載。 因?yàn)闃蛎嬉獫M足通車(chē)的要求， 因此需起伏較小，故采用平面。上（或下）弦為橋面，結(jié)點(diǎn)處通過(guò) 2mm的突起支起加載板，使受集中力。由 于突起小，且不在橋面中間，不影響通車(chē)。4、對(duì)桁加結(jié)構(gòu)的三個(gè)方案進(jìn)行進(jìn)一步分析第一種方案：壓桿長(zhǎng)，且壓力較大，構(gòu)造形由于是下方在通車(chē)，因此架間距應(yīng) >車(chē)寬100mm，力由桁架間橫撐連接再傳至桁架上，受力途徑不簡(jiǎn)明。局部承壓要求較高，浪費(fèi)材料，故不宜采用。第二種方案：中間交叉的兩桿若采用剛性桿，則拼接不易，若采用拉條，則結(jié)點(diǎn)不易處理，需耗費(fèi)較多材料。第三種方案：取上、下弦軸線距 150mm，上弦最高點(diǎn)與下弦最低點(diǎn)相距 170mm，滿足要求。橋模名義長(zhǎng)度 1094mm，實(shí)際橋面寬150mm，兩上弦桿間距 90mm，以確保加載板邊緣不落在結(jié)點(diǎn)之間的桿長(zhǎng)。五、制作工藝1、選用模具為光滑圓桿。2、上弦桿件為1094㎜長(zhǎng)，200㎜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，并完全晾干后方才取下。實(shí)際結(jié)果證明，這樣取下后的桿件無(wú)一變彎的。3、結(jié)點(diǎn)。精選word范本！.結(jié)點(diǎn)受力較為復(fù)雜，且易破壞。由于桿件均是薄壁圓桿，為保證結(jié)點(diǎn)抗撕裂、剪切、抗拉強(qiáng)度。以圓鉛筆為模具，用 100mm寬，65㎜長(zhǎng)紙條卷成65㎜長(zhǎng)，外徑20㎜的短桿7根備用，并在桿的兩端用刀削成圓弧形。4、桁架的拼接。按每根桿的長(zhǎng)度切好桿件，先接好下弦桿，再連接上弦桿與下弦桿校直，然后在上弦桿中間綁斜壓桿，斜壓桿與下弦桿連接，再連壓桿烘干。再連接烘干，這樣半個(gè)桁架連接好，并烘干后，方從拼接圖上取下，進(jìn)行下一榀杵架的連接。5、結(jié)點(diǎn)加固由結(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)，考慮到支座結(jié)點(diǎn)的抗拉、抗剪切。抗撕裂能力不足，采用1條3寬60mm長(zhǎng)紙條粘結(jié)在下弦桿及上弦桿上。6、兩片桁架的整體拼用兩張桌子，調(diào)好間距，把兩榀杵架架在中間，距離為65mm，把橫撐逐個(gè)粘接在桁架結(jié)點(diǎn)處。共用了7個(gè)橫撐。待完全烘干之后，在兩支點(diǎn)處插入圓桿,調(diào)整四點(diǎn)共面，烘干。加150mm寬，1024mm長(zhǎng)的橋面板（單層紙），晾干。正號(hào)代表受拉，負(fù)號(hào)代表受壓。精選word范本！.六、畫(huà)龍點(diǎn)睛（特色說(shuō)明）此橋?qū)贌o(wú)多余約束的靜定桁架和斜拉組合體系橋，本橋共有四大特色：1、此橋剛度大，撓度小，質(zhì)量輕，采用桁架的下部結(jié)構(gòu)是最好的選擇，且下部結(jié)構(gòu)采用對(duì)稱(chēng)式布局，既美觀又簡(jiǎn)潔。2、此橋的功能較多，既能行車(chē)，長(zhǎng)廊內(nèi)又能行人，還能在長(zhǎng)廊內(nèi)觀看風(fēng)景。3、此橋的上部采用斜拉式，拉索用蠟線代替鋼鉸線，又給人以韻律美的感官享受。4、橋梁的長(zhǎng)廊采用高低起伏的矩形，有一種萬(wàn)里長(zhǎng)城高低起伏的感覺(jué)，既減輕了橋梁的自重，又美觀。精選word范本！.“飛虹架索”方案圖一、效果圖精選word范本！.二、結(jié)構(gòu)布置圖精選word范本！.“飛虹架索”結(jié)構(gòu)計(jì)算書(shū)一、 計(jì)算設(shè)計(jì)模型(1)B(2)(3)D(4)A255.00CE255.00255.00255.00(5)(6)(7)(8)(10)(11)295.85150.00295.85295.85150.00295.85F(9)G510.00二、荷載分析小車(chē)施加的荷載三、撓度分析Fa=F×a/L Fb=F ×a/L;M1=Fa×x=F×b/L×x M2=F×b/L×x-F×(x-a);精選word范本！.EIW1〞=-M1=F×b/L×x EIW2〞=-M2=-F×b/L×x+F(x-a);由條件得：W1ˊ=F×b×x/(2×L×EI)×[(L2-b2)/3-x2]；W2ˊ=Fb/(2×L×EI)×[(x-a)2/6-x2+(L2-b2)/3]W1=F×b×x/(6LEI)×[L2-b2-x2];W2=Fb/(6LEI)×[(x-a)3/6-x3+(L2-b2)x];令W1ˊ=0得:x12=（L2-b2）/3;W(max)=W1(x=x1)≈0.0642FbL2/(EI);因?yàn)橹到咏悬c(diǎn),所以取W=W1(x=L/2)=Fb/(48EI) ×(3L2-4b2)≈0.0625FbL2/(EI);由于簡(jiǎn)支梁撓度變形過(guò)大 ,下面的就采用桁架形式.因?yàn)閾隙扔?jì)算,基本跨中撓度最大.根據(jù)結(jié)構(gòu)力學(xué)求解器得出結(jié)構(gòu)的位移圖為 :24.5 24.51 2 3 4 56 7-------------------------------------------------------------------------------------------桿端1桿端2-------------------------------------------------------------------------單元碼u-水平位移v-豎直位移-轉(zhuǎn)角u-水平位移v-豎直位移-轉(zhuǎn)角-------------------------------------------------------------------------------------------10.000000000.00000000-0.04059677-1.19483438-10.3521770-0.040596772-1.19483438-10.3521770-9.97464904-2.38966875-14.86463589.939257213-2.38966875-14.86463580.02295091-3.31898438-9.012154490.022950914-3.31898438-9.012154490.03534178-4.248300000.000000000.0353417850.000000000.00000000-0.03667843-4.11554063-10.1684270-0.03667843精選word范本！.6-4.11554063-10.1684270-0.01947138-1.19483438-10.3521770-0.019471387-4.11554063-10.1684270-0.01663998-2.38966875-14.8646358-0.016639988-2.38966875-14.86463580.02046377-0.39827813-9.012154490.020463779-0.39827813-9.012154490.00226720-4.11554063-10.16842700.0022672010-3.31898438-9.012154490.01947138-0.39827813-9.012154490.0194713811-0.39827813-9.012154490.03285464-4.248300000.000000000.03285464-------------------------------------------------------------------------------------------1(1)2(2)3(3)4(4)5(5)(6)(7)(8)(10)(11)6(9)7最大位移是14.865mm24.5 24.5x123456 71 2 3 4 56 7-------------------------------------------------------------------------------------------桿端1 桿端2----------------------------------- --------------------------------------單x元碼 u- 水平位移 v- 豎直位移 -轉(zhuǎn)角 u- 水平位移 v- 豎直位移 -轉(zhuǎn)角-------------------------------------------------------------------------------------------1 0.00000000 0.00000000 -0.03534178 -0.92931563 -9.01215449-0.035341782 -0.92931563 -9.01215449 -0.02295091 -1.85863125 -14.8646358-0.02295091精選word范本！.3-1.85863125-14.8646358-9.93925721-3.05346563-10.35217709.974649044-3.05346563-10.35217700.04059677-4.248300000.000000000.0405967750.000000000.00000000-0.03285464-3.85002188-9.01215449-0.032854646-3.85002188-9.01215449-0.01947138-0.92931563-9.01215449-0.019471387-3.85002188-9.01215449-0.02046377-1.85863125-14.8646358-0.020463778-1.85863125-14.86463580.01663998-0.13275938-10.16842700.016639989-0.13275938-10.1684270-0.00226720-3.85002188-9.01215449-0.0022672010-3.05346563-10.35217700.01947138-0.13275938-10.16842700.0194713811-0.13275938-10.16842700.03667843-4.248300000.000000000.03667843-------------------------------------------------------------------------------------------最大位移是14.865mm24.5 24.51 2 3 4 56 71 2 3 4 56 7-------------------------------------------------------------------------------------------桿端1桿端2------------------------------------------------------------------------xu-水平位移v--轉(zhuǎn)角u-水平位移v--轉(zhuǎn)角單元碼豎直位移豎直位移-------------------------------------------------------------------------------------------10.000000000.00000000-0.03796928-1.06207500-9.68216575-0.037969282-1.06207500-9.68216575-6.24341912-2.12415000-14.86463588.692010573-2.12415000-14.8646358-8.69201057-3.18622500-9.682165756.24341912精選word范本！.4-3.18622500-9.682165750.03796928-4.248300000.000000000.0379692850.000000000.00000000-0.03476654-3.98278125-9.59029075-0.034766546-3.98278125-9.59029075-0.01947138-1.06207500-9.68216575-0.019471387-3.98278125-9.590