纸质桥梁设计方案

科技创新活动

题目：纸质桥梁模型制作年级专业：2011级水利水电工程班级：一班

学生：* * *（组长）

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指导教师：* * *

日期：2013年7月11日城乡建设与工程管理学院

11级水利水电工程专业1班科技创新活动任务书

——之纸质桥梁模型制作

1、桥梁模型要求：

（1）桥梁模型总长度1000mm，制作误差不得超过10mm总宽度250mm，制作误差不得超过5mm，可采用多种桥梁型式。

（2）桥面须是水平的。

（3）桥的制造必须保证假设小车的正常通过。假设小车的尺寸是长30cm宽21cm高19cm的平板小车。

2、材料要求：A0绘图纸及白乳胶

3、加载方法：在桥梁跨中逐渐加载直至模型失效。失效标准为：

（1）模型无法按照现场条件正确安装就位；

（2）因模型的部件障碍或变形过大或模型发生破坏等原因，使得小车不能顺利到达彼岸。

（3）桥梁在加载的过程中最大挠度超过2.5cm。

（4）超出正常允许情形的其它失效情况。

4、分组要求：全班57人分成10组，其中7组6人，3组5人。

5、模型加载时间：星期四下午2点开始。

6、评分标准：本活动以锻炼学生的创新思维及团结协作为目的，评分根据学生的作品及在活动中的参与表现综合评分。

科技创新活动报告

——纸质桥梁模型设计一、模型结构分析

(一)、材料力学性能分析

纸作为模型材料，其力学性能特点是受拉性能良好，抗撕裂能力差，抗弯压能力近似为零。将纸折成圆筒并用乳胶粘结后，可承受一定的压力，但受长细比的限制，多为压杆失稳状态的受力破坏。可承受少许弯矩。

乳胶的粘接性能：纸带对接时强度降低，纸带侧接时，强度较高，认为与母材强度相同。

(二)、构件力学性能

经过分析，纸卷成圆筒后，承拉能力远大于承压能力。在此构件力学性能分析的基础上，我们一致认为：方案应多选择为拉杆，压杆短而受力小，尽量不使其受弯矩。

二、设计方案分析

在模型结构分析的基础上，我们对以下几种设计方案进行了分析。

1.简支梁。简支梁受部分均布荷载。由于构件受弯是非常不利的，因此如果选用简支梁的形式，梁纵截面应选用鱼腹梁的形式。但制作难度大。如果梁为几片相同形状的纸粘接加厚而成，则侧面易失稳。因此不便采用。

2.拱形结构。拱桥最适于承受均布荷载，但在制作上较费材料。由于拱桥需要由很密的拱作片拼成，中间加肋，因此桥的自重较大，不便

3.桁架结构。由弯矩分布可以看出，采用梯形桁架较接近弯矩分布，是合理结构。由于在要求荷载下，架桥水平方向必有压力，且要承受部分均布荷，是处于局部弯压状态。要使构件有较良好的压弯性能，必须多用材料，因此考虑通过局部构造措施，将均布荷载转换为两点或多点集中荷载，结构须是对称的。

三、具体方案

通过对多种设计方案的分析和比较，我们决定采用梯形桁架结构方案。取上、下圆筒轴线距165mm，模型跨度940mm，实际长1000mm，宽度250mm，中间倒V字型杆约成90°，符合设计要求。考虑到压杆长细比限制，拉杆的抗撕裂能力等因素，杆件尺寸定为内径16mm，外径18mm，其间还有零杆，起到稳定结构的作用。所有杆件圆筒均用外径16mm的不锈钢圆杆做模具。

四、实际制作

1.杆件的制作。

以外径16mm的不锈钢圆杆做模具。全桥共由56根杆件粘接组合而成。其中，4根主跨杆为1000mm长，200mm宽纸条卷成；24根斜杆和14根水平连接杆为250mm长，100mm宽纸条卷成；14根竖直压杆为200mm 长，100mm宽纸条卷成。视实际拼接情况加以切削。在粘接杆件时，为了防止乳胶干缩使杆件变形，杆件在模具上粘接，晾干后方才取下。

2.结点。由结构力学的知识知这些结点都可按铰结点设计，将杆件需要粘接的一端剪成花瓣状（剪切的部分已计入卷纸长），然后与主杆

3.加固和美化。待所有杆件全部组装完毕且完全晾干后检查每个结点，加固欲脱落的结点，在每个结点上均匀涂刷一层乳胶。将1000mm×250mm的桥面和桥底粘合到桁架结构上。

图为制作完成后的桥梁整体结构

五、桥梁模型加载实验

1、加载前

称重：全桥共515g；

尺寸测量：长1004mm，宽250mm，符合任务书中要求的允许误差范围。

2、加载

按任务书要求，将桥梁模型装于实验台上。以加载实验砝码作为载荷，

逐级加载，记录加载重量，观察各杆件破坏情况及桥梁变形挠度，当

杆件发生破坏或者挠度大于25mm

时停止加载。

上图为加载实验

3、破坏形式分析：

由于各杆大致等强度，而结点强

度有保证，当加载重量达到

29354g时桥梁挠度达到25mm，

杆件未发生较大破坏。

上图为加载过后的桥梁模型六、活动小结

为了更好的完成此次科技创新活动，我们积极搜集整理各种资料，在这其中学到了不少课堂上无法学到的知识，使我们更好的把课堂理论知识运用于实际。通过此次活动，锻炼了我们的创新思维，提高了我们动手动脑能力和解决问题的能力，使我们懂得了团队合作的重要性，融洽了生生和师生关系。