桥梁结构设计大赛设计说明书.doc

2013湖南工学院
结构设计竞赛
梦之桥
设计说明书
队名:筑梦队
队长:张欣宇
队员:刘慧红、肖正威
指导老师:陈高
队名:筑梦队
名字由来:
在我们都很小的时候,最喜欢做的事之一就是用泥巴或麻将或积木玩具等一些东西堆积出各种各样的造型和结构,堆好之后过会又推掉,每天还乐此不疲的堆着,我们儿时的梦想就简单到只想堆出一个自己满意的东西。而今天,我们参加结构设计大赛就是为了继续儿时的梦想:筑造一座让自己满意的桥!梦之桥!
桥名:梦之桥
名字由来:
梦,往往是由人们心里最好的想法组成的;
梦,往往也是人们想到而又不能达到的;
梦之桥,就是由我们心里最好的想法完成的实实在在的桥!
指导老师:
陈高湖南工学院建筑工程与艺术设计学院
设计小组名单:
组长:张欣宇 2011级土木工程专业1104班
组员:刘慧红 2011级土木工程专业1104班
肖正威 2011级土木工程专业1104班
联系人:张欣宇电话:**********
目录
一、方案的设计思路……………………………………………………
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二、制造工艺……………………………………………………………
三、其他特色方面说明…………………………………………………
四、模型构件说明………………………………………………………
五、模拟加载试验分析…………………………………………………
一、方案的设计思路
根据竞赛规则要求、支架形状、荷载加载方式、模型制作材料的性能和制作的方便程度等方面出发,我们采用白卡纸和白乳胶精心设计制作了“梦之桥”桥梁模型。

通过对材料的反复试验,得出以下结论:
白卡纸:此模型设计的重点是抵抗集中荷载和动载过程对桥梁的曲面、断面、磨损以及弯曲等破坏。所以考虑到白卡纸具有良好的抗拉、压性能,而且通过简易的构建制作,能够大大提高白卡纸的强度。组合成一个具有良好结构体系的桥梁模型。发挥纸所体现出的钢的特性。
乳白胶:粘结力强,满足结构受力特点,使纸间紧密结合。缺点是湿度大,不易干燥,干燥后硬度强,但容易产生脆性破坏。在连接方式上,截面粘接强度大概是侧面粘接强度的30%。
绳子:绳子弹性模量太大,伸长量太大,不易拉紧。拉结时易产生应力集中。

根据白卡纸的性能,我们拟定了以下几个方案
方案1:桁架结构桥梁
通过对桁架结构的认识,我们得出了桁架结构以下几个特点。
优点:桁架结构中各杆件受力均以单向拉、压为主,通过对上下弦杆和腹杆的合理布置,可适应结构内部的
弯矩和剪力分布。由于水平方向的拉、压内力实现了自身平衡,整个结构不对支座产生水平推力。结构布置灵活,应用范围非常广。桁架梁和实腹梁(即我们一般所见的梁)相比,在抗弯方面,由于将受拉与受压的截面集中布置在上下两端,增大了内力臂,使得以同样的材料用量,实现了更大的抗弯强度。在抗剪方面,通过合理布置腹杆,能够将剪力逐步传递给支座。这样无论是抗弯还是抗剪,桁架结构都能够使材料强度得到充分发挥。更重要的意义还在于,它将横弯作用下的实腹梁内部复杂的应力状态转化为桁架杆件内简单的拉压应力状态,使我们能够直观地了解力的分布和传递,便于结构的变化和组合。是一种非常适合制造桥梁的结构。
缺点:桁架结构主要缺点是横向刚度不够,并且,在这个课题中我们是要用白卡纸制造桥梁,白卡纸本生刚度也不够。另外,用白卡纸制造桁架时,节点处理非常复杂,很有可能出现荷载加上去后,因为某一节点破坏而整体失稳,所以对其制造工艺是一大挑战。
所以很有可能出现结构的理论可承受荷载值非常大,而实际可承受荷载值比预期小得很多的情况。所以我们不考虑桁架。
方案2:斜拉桥
斜拉桥又称斜张桥
优点:是将桥面用许多拉索直接拉在桥塔上的一种桥梁,是由承压的塔,受拉的索和承弯的梁体组合起来的一种结构体系。其可看作是拉索代替支墩的多跨弹性支承连续梁。其可使梁体内弯矩减小,降低建筑高度,减轻了结构重量,节省了材料。
缺点:在本课题中,斜拉桥的关键点在于桥墩和拉索,于是我们针对材料所提供的绳子做了以下试验:
开始时先将绳子拉结于红色线圈位置固定,然后不断的把绳子拉到附近固定点处,使绳子不断拉紧,当拉到已经不能再往其他固定点发展时(图中白线实际位置),用手指勾住最近的两个固定点间绳子的中点位置拉、压,均能轻松的使变形量达到15mm。
通过以上试验,我们认为材料所提供的绳子不适合做为斜拉桥的拉索。
方案3:梁板结构
梁桥是以受