西安建筑科技大学结构设计大赛计算书.doc

西安建筑科技大学结构设计竞赛计算书作品名称:致青春学院名称:土木工程学院队员姓名:阮星星、赵加兵、李朝、胡琦、高山俊男联系方式:**********二○一五年十一月十六日目录前言 2一、设计说明书 31、设计概要 32、结构设计说明与方案比选 33、设计细节 44、方案特色 4二、方案图 51、作品简介 5三、计算书 7四、结构建模 71、模型简化: 72、荷载分析 8五、构件几何尺寸及数量 : : 11结语 12参考文献 12前言当人类的记忆尚处于模糊不清的原始时代的时候,桥梁便伴随着人类文明的发展,时时刻刻影响着人类的发展历程。建筑物是人类智慧的结晶,是凝固的音乐,是艺术的绽放。毫无疑问,结构是建筑物的根本。桥梁作为人类主要交通承载体,它的承载能力,稳定性,安全性等便显得极为重要。结构设计竞赛是一个极富现实意义,挑战性的科技竞赛。它旨在通过对所学知识的综合运用和团队精神,提高学生的动手能力与思维能力,激发创新意识,培养科学思维,加强团队协作,提高动手能力,提升大学生的责任担当,更好地去思考建设的结构。这次比赛无疑给我们建立了一个理论联系实际的平台,将理论知识用于与实际问题的解决之中,为社会问题建言献策。通过本次比赛,我们不仅会锻炼我们自己的思考能力,加深入了对理论知识的理解,还会跟来自全校其他学院的同学交流我们对结构的认识。这将是我们学海生涯中难忘的一笔。一、设计说明书1、设计概要此次结构设计大赛题目为“不等跨双车道桥梁结构设计”。主要要求为:1)、模型制作材料为白卡纸、白卡纸和蜡线。2)、模型跨度1200-1300mm,分为长跨和短跨,模型宽度不超过300mm3)、模型加载为动荷载,两辆小车载重先后在车道上通过,测量长跨跨中竖向位移,不超过10mm则加载成功。2、结构设计说明与方案比选在实际工程中,桥梁种类很多,例如斜拉桥,拱桥,桁架桥,梁式桥等。结合比赛题目要求,我们在设计之初先做出以下分析:第一,此次比赛题目提供的支座不提供水平方向约束,即不能提供水平力,而拱桥对桥梁的基础有要求,而拱桥的设计原理是将竖向的力转化为沿水平方向的力,若要设计拱桥的话难度非常大,因此我们排除了做拱桥的想法。第二,比赛提供的材料中有蜡线,如果设计斜拉桥的话,会大大减少模型质量。但是考虑到蜡线太细,在受力时蜡线受到的应力会很大,而且可能会造成结构不稳定。另外,斜拉桥主要应用于大跨度的桥梁,此次比赛题目中的桥梁长度长跨部分为800mm,仅为加载小车长度的4倍,故此次设计的桥梁属于小跨径的公路桥,而且对刚度有要求,因此我们也排除了做斜拉桥的想法。第三,在高跨比控制较好的前提下(1:8~1:12),梁式桥有较好的承载弯矩的能力,亦可以较好地控制使用中的变形。以桥的主梁为工字形截面为例,若两车道各用两根主梁支撑,高跨比为1:8,那么在纸张不失稳的前提下,各主梁均只需要一层纸就可以满足承载力和变形的要求。但是主梁的稳定性是个不容忽视的问题,若增加主梁所用纸张的层数以提高主梁的稳定性,就大大增加了桥梁的质量。同时,各个主梁之间的联系不紧密,在偏心受压的情况下,还存在着扭转的问题。故排除单独做梁式桥的想法。第三,模型加载时,受到移动荷载作用,故设计时优先提高桥的抗弯能力,为了使结构受到弯矩最小,同时考虑到模型的质量因素,我们最终确定的结构为梁式桥或者桁架桥。相比于梁式桥,桁架结构主要由上弦杆和腹杆受压,下弦杆主要受拉,尽量减少结构所受弯矩,且比较节省材料,同时外观比较美观,也能满足题目要求,故我们最终选择设计梁式桥与桁架桥的组合。第四,考虑的比赛加载时,有两辆下车分别在两个车道上通行,所以模型应该具有一定的抗侧能力,最终,我们选择的结构式一个空间桁架,其正投影是一个三角桁架。3、设计细节:为了提高结构的整体抗弯刚度,首先要使梁的抗弯刚度EI增加,结合材料力学知识,对于矩形截面梁,I=;对于圆形截面梁,I=;因此增加矩形截面的高度,加大圆形截面的直径,都可以提高梁的抗弯刚度。对于三角形截面梁,惯性矩为截面各微元面积与各微元至截面某一指定轴线距离二次方乘积的积分,因此通过计算得出,当高度和宽度的比值为2:1时,可以充分发挥材料的性能,提高梁的抗弯刚度。通过综合的计算分析,当使用材料量相同的条件下,高宽比为2:1的三角形截面梁的EI最大。其次,可以利用桁梁组合的方法,提高结构的整体抗弯刚度。在桥面的下端增设塔式桁架结构,从而构成三角形截面梁和塔式桁架的组合结构,从力学计算上缩小跨度,有效减少弯矩,在竖直方向上有效的提高了结构的抗弯刚度。4、方案特色:1).整个结构由空间桁架组成,下部成倒锥形,使得整个结构有一定的抗侧能力,并