紙橋設(shè)計(jì)與分析

紙橋大賽點(diǎn)評(píng)與設(shè)計(jì)分析紙橋大賽點(diǎn)評(píng)與橋梁設(shè)計(jì)分析一、紙的力學(xué)性質(zhì)三、紙橋大賽作品點(diǎn)評(píng)二、影響橋梁承載力的因素分析（一）紙張的絲縷

指紙張大多數(shù)纖維排列的方向。一般把纖維排列方向與平版紙（以全張紙為標(biāo)準(zhǔn)）長(zhǎng)邊平行的叫縱絲縷紙張；把纖維排列方向與平版紙長(zhǎng)邊垂直的叫橫絲縷紙張一、紙的力學(xué)性質(zhì)（二）紙的力學(xué)性質(zhì)強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)1：抗拉試驗(yàn)取一張A4紙，橫向縱向分別剪等寬度的紙條，把紙條分別對(duì)折，然后將兩條紙條對(duì)拉，沿橫向剪下的紙條先斷。說(shuō)明紙張從側(cè)面很容易被撕開，說(shuō)明紙張的縱向抗拉強(qiáng)度大抗剪強(qiáng)度很小實(shí)驗(yàn)2：抗彎實(shí)驗(yàn)

控制紙張加工后的長(zhǎng)寬一定。長(zhǎng)24寬10跨度12（CM）承重10g

250g~400g~~單片紙的剛度很小，抗彎曲能力很差穩(wěn)定性是指構(gòu)件保持其原有平衡狀態(tài)的能力。承受壓力作用的桿件，當(dāng)壓力超過(guò)一定限度時(shí)就會(huì)發(fā)生彎曲失穩(wěn)現(xiàn)象。紙張受壓容易實(shí)驗(yàn)3：穩(wěn)定性試驗(yàn)彎曲失穩(wěn)紙的力學(xué)性質(zhì)（二）紙張的力學(xué)性質(zhì)機(jī)制紙中，大多數(shù)品種強(qiáng)度縱向>橫向>豎向。因此應(yīng)該用盡可能少的材料制作受拉部分（沿縱向受拉），將盡可能多的材料用到受壓部分（沿縱向受壓）。盡量避免桿件受過(guò)大剪切力。紙是“薄板型”材料，抗彎曲能力很差，要通過(guò)一定的形狀和結(jié)構(gòu)來(lái)增強(qiáng)它的抗彎能力。紙張?jiān)趬毫ψ饔孟拢€(wěn)定性極差，需要通過(guò)一定的措施）提高其抗壓穩(wěn)定性瓦楞紙紙結(jié)構(gòu)的基本形狀：紙結(jié)構(gòu)的組合：相同材料，相同截面積，不同截面形狀的構(gòu)件強(qiáng)度不同。整體失穩(wěn)：減少單根壓桿長(zhǎng)度（減小長(zhǎng)細(xì)比）

局部失穩(wěn)：設(shè)置加勁肋和墊片，減小集中載荷作用。避免失穩(wěn)的措施此橋希望采用架子結(jié)構(gòu)互相牽制以提高受力。但高度過(guò)大，紙卷的長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng)，最終在0.4KG力之后就腿部骨折了。（減小長(zhǎng)細(xì)比，降低重心高度）（三）紙的質(zhì)量普通A4紙的質(zhì)量這樣計(jì)算：

每平方米的A4質(zhì)量的紙一般是70克左右，

A4的尺寸是210mm*297mm,

面積是0.21*0.297=0.02637平方米，

這樣算來(lái)重量是0.02637*70=4.3659克，20張*4.3659克=87.318克<比賽要求的100克材料的力學(xué)性能（已分析）結(jié)構(gòu)受力分析制作（施工）工藝二、影響橋梁承載力的因素分析結(jié)構(gòu)受力分析

●造型（結(jié)構(gòu)類型）●其他●桿件承載力橋梁結(jié)構(gòu)類型按受力情況分

梁式橋剛架橋拱橋懸索橋斜拉橋組合橋按結(jié)構(gòu)類型分類梁式橋及剛架橋單元和單元之間有鉸接、剛性連接、柔性連接、滑動(dòng)連接等方式組成。組成了簡(jiǎn)支、連續(xù)橋梁，懸臂橋梁斜腿V型、T型等剛構(gòu)橋。特點(diǎn)：跨徑不大，自重大宜萬(wàn)鐵路宜昌長(zhǎng)江大橋哈爾濱松花江公路大橋拱橋拱橋是以橋梁?jiǎn)卧獮橹饕惺芫薮筝S向壓力的拱圈或拱肋組成的橋梁。這種型式的橋梁往往有不同形式的曲線型，如圓曲線、拋物線等，以達(dá)到拱圈或拱肋內(nèi)的力矩最小。在拱腳處除產(chǎn)生豎向反力外，還產(chǎn)生很大的水平推力。所以一般對(duì)地基的要求很高。做一個(gè)沒(méi)有外推力的拱有外推力沒(méi)有外推力

相同點(diǎn)

不同點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)比較都有橋拱橋面橋墩橋面在拱的上方橋拱高，方便行船。橋面平緩，方便行車；橋面拉住拱足，能抵消拱的外推力。橋面在拱的下方懸索橋懸索：這是古代原始橋梁的一種結(jié)構(gòu)類型，又是現(xiàn)代特大型橋梁最適宜的型式。它是由索塔將特制的以高強(qiáng)柔性材料制成有一定垂度的纜索為主要承重結(jié)構(gòu)做成的橋梁。組成部分有錨墩、索塔、纜索、吊索及加勁梁等組件。通行車輛的橋面一般稱為加勁梁，一般加勁梁多以鋼結(jié)構(gòu)制成。這種橋型在兩岸需設(shè)有可以承受強(qiáng)大水平拉力的錨墩。（本次比賽適合嗎）江陰大橋

跨越長(zhǎng)江的江陰大橋，跨度達(dá)1385米，一跨過(guò)江。吊起橋面的主鋼纜，每根由兩萬(wàn)多根鋼絲組成。鋼纜要承受6.4萬(wàn)噸的拉力。兩根主鋼纜重16780噸。長(zhǎng)江江陰大橋鋼索橋主要由鋼纜、橋塔、橋面組成。鋼纜是橋承重的主要構(gòu)件，橋塔是支承鋼纜的主要構(gòu)件。顯著特點(diǎn)：橋被鋼纜吊起，橋的跨度很大，是懸索橋。鋼索橋的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)鋼纜橋塔橋面長(zhǎng)江江陰大橋斜拉橋斜拉橋。這是另一種以高強(qiáng)度柔性材料組成橋梁的結(jié)構(gòu)型式。它由主塔、斜拉索、主梁組成。柔性的斜拉索由主塔的上部平均地斜拉到主梁的各個(gè)節(jié)間上，組成穩(wěn)定的橋梁體系。斜拉索有輻射形、豎琴形、扇形及星形等形式組成美觀的索面。這是繼懸索橋之后，在長(zhǎng)大跨度橋梁上最適宜采用的橋型。大跨度的鋼索橋小小建筑師實(shí)際橋梁工程中此主塔與地基牢固錨固，可行。但是此模型放在桌子上，未錨固，穩(wěn)定性有待加強(qiáng)？讓我們模擬建一座“鋼纜橋”，體驗(yàn)一下“鋼纜”的拉力。做一做用木板或瓦楞紙板做“橋面”，用繩子做“鋼纜”，用椅子背做“橋塔”搭成一個(gè)“鋼索橋”。在紙板上放書包，不同程度地拉緊繩子，感覺用力的大小。兩人同時(shí)用力拉繩子把“橋”吊起來(lái)。我們朝什么方向用力？讓吊“橋”的繩子下垂多些和把繩子盡量拉平直，用力的大小有什么變化？做一做想一想橋塔為什么要修那么高？橋塔修得很高，是為了降低鋼纜的拉力。復(fù)合體系橋梁在一座橋梁上同時(shí)采用兩種以上的結(jié)構(gòu)型式時(shí)，又出現(xiàn)了多種的組合。這是可以利用不同橋型的突出優(yōu)點(diǎn)，組合在一起，達(dá)到的橋型選擇。2,3圖上弦桿承受剪力，不利4圖拱軸受壓？●設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)與策略◆結(jié)構(gòu)造型是關(guān)鍵?結(jié)構(gòu)造型有：梁、拱、桁架、拉索結(jié)構(gòu)、組合結(jié)構(gòu)等；?結(jié)構(gòu)造型可向上布置，也可向下布置；?結(jié)構(gòu)造型必須考慮材質(zhì)特點(diǎn)：紙的受拉性能要好于受壓；?力的傳遞路徑要短；?造型要簡(jiǎn)潔、美觀、新穎?！虠U件受力分析畫該梁內(nèi)力圖

F36ba主桁架縱梁

橫梁2023/10/23結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的幾個(gè)概念

2023/10/23紅色代表受拉,綠色代表受壓結(jié)點(diǎn)法（nodalanalysismethod）03年講過(guò)◆模型破壞形態(tài)常見主要有：節(jié)點(diǎn)破壞——加強(qiáng)節(jié)點(diǎn)和支座處，要求結(jié)點(diǎn)承載

力≥構(gòu)件承載力剪切破壞——盡量讓桿件處于受拉或受拉狀態(tài)失穩(wěn)破壞——降低模型重心，減小桿件長(zhǎng)細(xì)比，

盡量避免開放式模型其他力學(xué)問(wèn)題

◆加載注意事項(xiàng)：對(duì)稱加載慢速加載第一次加載不能過(guò)大第二次加載應(yīng)適當(dāng)大些最后加載值應(yīng)有所估計(jì)（破壞試驗(yàn)）

在東北師大附中第六屆科技節(jié)上，進(jìn)行了“承重設(shè)計(jì)方案競(jìng)賽”

同樣的3張普通的A4紙，同樣的制作方案（由三根紙質(zhì)圓柱構(gòu)成的，每根圓柱都是粗細(xì)、長(zhǎng)短相等的空心圓，三根圓柱被固定在一個(gè)紙制底座上，外形有點(diǎn)像太和殿的承重柱。），卻得到了不一樣的承載力。冠軍組得到的承重量為110.75公斤！冠軍

胡凱晨說(shuō)，他也沒(méi)想到這個(gè)模型竟如此抗壓，“總結(jié)起來(lái)成功的秘訣有三個(gè)。一是三個(gè)紙圓柱的高度精準(zhǔn)一致，二是我們?cè)诿總€(gè)紙圓柱底部涂抹了一些‘502’膠，風(fēng)干后更加穩(wěn)固。三是我的兩位搭檔擺放比較到位，動(dòng)作夠輕夠穩(wěn)，這才完成了紙筒秤百斤的壯舉?！敝谱鞴に?/p>

◆注意細(xì)節(jié)（往往決定成?。?、工藝水平要高。成功紙結(jié)構(gòu)的連接技巧：紙橋大賽作品點(diǎn)評(píng)內(nèi)江六中—載重45kg龍泉二中—“泰山號(hào)”高縣中學(xué)龍泉一中—載重25kg德陽(yáng)市羅江縣七一潺亭中學(xué)紙橋一眉山車城中學(xué)宜賓市第一中學(xué)紙橋一大邑實(shí)驗(yàn)中學(xué)棠外紙橋—23kg雙流藝體中學(xué)—25kg紙橋二樹德中學(xué)（光華校區(qū)）綿陽(yáng)三臺(tái)中學(xué)蒼溪中學(xué)大邑中學(xué)紙橋三各種各樣的紙橋造型類理論幻想型設(shè)計(jì)大賽的設(shè)計(jì)原則：結(jié)構(gòu)受力合理，明確簡(jiǎn)潔；造型優(yōu)美；(放在承載力之前)承載能力大；布置具有一定的新意。三角形與圓筒的結(jié)合謝謝！橋名跨度（m）體系梁截面橋?qū)捔焊咚髅嫠骶嗨哌|寧長(zhǎng)興島83.2+176+83.2支座支承單箱三室101.75雙640濟(jì)南黃河104+220+104懸浮雙三角箱19.52.25雙853.8上海泖港85+200+85剛構(gòu)掛梁分離雙室122.2雙6.544天津永和125+260+125懸浮雙三角箱14.52雙11.850.5長(zhǎng)沙湘江北105+210+105剛構(gòu)單箱三室30.13.4單852.7武漢長(zhǎng)江二180+440+180支座支承雙梯形箱29.23雙890重慶長(zhǎng)江二169+444+169懸浮雙主肋242.5雙9110鄖陽(yáng)漢江86+414+86地錨單箱四室15.62雙892國(guó)內(nèi)斜拉橋成橋資料表混凝土主梁索間距取為6~10m,多數(shù)取8m。拉索布置為扇形，為此要擬訂拉索錨于塔上的間距。根據(jù)主梁的受力要求或?yàn)榱藴p小索面積，拉索的豎直分力越大越好，因此應(yīng)盡量減小拉索在上的間距，一般取為1.6~2.2m，它決定于拉索錨頭布置及張拉空間的要求。結(jié)點(diǎn)法（nodalanaly