西安建筑科技大学结构设计大赛计算书(共13页).doc

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西安建筑科技大学结构设计竞赛计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，并且在两跨各自只设置了一条拉带，使得整个结构显得非常美观。
2）.各个构件不同截面的选择：结合材料力学与结构力学的相关知识，我们选用高低比为2:1的三角形截面来作为梁来承弯，用圆形截面来做弦杆来承受轴力，用纸带代替杆来承受拉力。
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3）.质量较轻：在满足荷载承受要不的前提下，我们尽可能希望尽可能的发挥材料的性能，而且我们所有的杆件截面几乎均为一层白卡纸组成，所以在模型质量上有很大的优势。
4）.复杂节点的处理：我们的结构中，最关键的就是节点处理，我们的结构下部有6个节点连接的杆件个数达到8根（不包括2根拉带）。
二、方案图
1、作品简介
理论效果图
图1
主视图

图2
俯视图
图3
侧视图
图4
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节点设计图
图5
节点实际图
图6
结构实际图
图7
作品质量：300g左右
作品高度：100mm
作品宽度：240mm
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三、计算书

1) 白卡纸材质连续、均匀；
2） 桁架的节点与节点之间铰接。实际并非铰接，而是介于刚接与铰接之间，为方便计算这里假设结构刚接；
3） 小车通过桥面时是以均布荷载的形式作用于结构。

230g白卡纸弹性模量
名称种类
层数
弹性模量（MPa）
230g白卡纸
1

2

表1
230g白卡纸极限应力
名称类型
层厚（mm）
拉应力（N/mm2）
压应力（N/mm2）
230g白卡纸



表2
四、结构建模
1、模型简化：
根据以上基本假定，取构件的形心线为计算轴线对结构进行建模，为方便计算，我们对取结构的正投影进行计算。
实际应计算模型：
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图8
简化后计算模型（仅计算长跨部分）
图9
2、荷载分析
对简化后结构通过桁架力学求解器进行计算，以集中力形式加于指定点，每个节点按5kN计算，计算荷载下的结构内力。
轴力图：
图10
由上图中轴力示意图可知：模型下弦杆承受拉力，故在模型制作中我们充分利用纸带的较强的抗拉能力，在下弦部分采用纸带代替弦杆。在保障模型结构整体性的条件下，减轻了模型质量。
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