结构设计大赛(桥梁)计算书

桥梁结构设计理论方案作品名称蔚然水岸

参赛学院建筑工程学院

参赛队员吕远、李丽平、李怡潇、赵培龙

专业名称土木工程

一、方案构思

1、设计思路

对于这次的设计,我们分别考虑了斜拉桥、拱桥、梁式桥与桁架桥的设计方案。斜拉桥可以瞧作就是小跨径的公路桥,且对刚度有较高的要求,所以斜拉桥对材料的要求比较高,对于用桐木强度比不上其她样式的桥来得结实;拱桥最大主应力沿拱桥曲面而作用,而沿拱桥垂直方向最小主应力为零,可以很好的控制桥梁竖直方向的位移,但锁提供的支座条件较弱,且不提供水平力,显然也不就是一个好的选择;梁式桥有较好的承载弯矩的能力,也可以较好的控制使用中的变形,但桥梁的稳定性就是个很大的问题,控制不了桥梁的扭转变形,因此,我们也放弃了制作梁式桥的想法;而桁架桥具有比较好的刚度,腹杆即可承拉亦可承压,同时也可以较好的控制位移用料较省,所以,相比之下我们最后选择了桁架桥。

2、制作处理

(1)、截杆

裁杆就是模型制作的第一步。经过试验我们发现,截杆时应该根据不同的杆件,采用不同的截断方法。对于质地较硬的杆应该用工具刀不断切磋,如同锯开;而对于较软的杆应该直接用刀刃用力按下,不宜用刀口前后切磋,易造成截面破损。

(2)、端部加工

端部加工就是连接的就是关键所在。为了能很好地使杆件彼此连接,我们根据不同的连接形式,对连接处进行处理,例如,切出一个斜口,增大连接的接触面积;刻出一个小槽,类似榫卯连接等。

(3)拼接

拼接就是本模型制作的最大难点。由于就是杆件截面较小,接触面积不够,乳胶干燥较慢等原因,连接就是较为困难的。我们采取了很多措施加以控制,如用铁夹子对连接处加强压、用蜡线进行绑扎固定等。对于拱圈的制作,则预先将杆件置于水中浸泡并加上预应力使其不断弯曲,并按照先前划定的拱形不断调整,直至达到理想形状。

在拱脚处处理时,先粘结一个小的木块,让后用铁夹子施加很大的压力,保证连接能足够牢固。

乳胶粘接时要不断用电吹风间断性地吹风,使其尽快形成粘接力,达到强度的70%(基本固定)后即可让其自行风干。

(4)风干

模型制作完成后,再次用吹风机间断性地吹粘接处,基本稳定后,让其自然风干。

(5)修饰

在模型完成之后,为了增强其美观性,用砂纸小心翼翼的将杆件表明的毛刺打磨光滑,注意不要破坏结构,以免影响其稳定。

3、设计假定

(1)、材质连续,均匀;

(2)、梁与索之间结点为铰结;梁与塔柱(撑杆)之间的连接为刚结;撑杆与下部拉条之间为铰结;桥梁支座为连续弹性支座;

(3)、桥面与桥梁本身质量以均布荷载作用在整个梁上;加载时,车辆移动荷载以集中力的形式作用在指定的梁上。

(4)、杆件计算时采用结构的计算模式;

根据以上假定,通过结构力学求解器建立计算模型,所得的内力与位移作为构件设计的依据。

二、材料的力学性能

1、桐木

根据试验分析数据,每次试验有三到四组试验数据,剔除无效的数据,采用有效数据的平均值,根据弹性理论计算桐木的弹性模量E。

拉伸试验:

(1)2×2木杆:去除第三组偏差较大的数据

E1=F×L/(△L×A)=168、714×70/(2×2×2、5307)=1166、67MPa

E2=F×L/(△L×A)=178、0272×70/(2×2×2、2598)=1378、65MPa E=(E1+E2)/2=1272、66MPa

(2)2×5木杆:

E1=F×L/(△L×A)=471、1845×70/(2×5×3、8002)=867、93MPa

E2=F×L/(△L×A)=462、1775×70/(2×5×3、8319)=844、29MPa E=(E1+E2)/2=856、11MPa

(3)2×10木杆:

E1=F×L/(△L×A)=404、9354×110/(2×10×2、713)=820、83MPa E2=F×L/(△L×A)=694、5129×110/(2×10×2、985)=1279、33MPa E3=F×L/(△L×A)=203、97×110/(2、10×1、738)=645、47MPa

E=(E1+E2+E3)/3=915、21MPa

(4)3×3木杆:

E1=F×L/(△L×A)=281,436×70/(3、3,3、581)=611、27MPa

E2=F×L/(△L×A)=314、277×70/(3×3×6、4352)=379、84MPa

E3=F×L/(△L×A)=299、169×70/(3×3×7、2362)=321、56MPa

E=(E1+E2+E3)/3=437、56MPa

(5)3×5木杆:去除第三组偏差较大的数据

E1=F×L/(△L×A)=515、566×70/(3×5×3、6519)=658、83MPa

E2=F×L(△L×A)=1085、104×70/(3×5×7、4596)=676、11MPa

E=(E1+E2)/2=667、47MPa

(6)4×6木杆:去除第三组偏差较大的数据

E1=F×L/(△L×A)=976、335×70/(4×6×4、6522)=608、18MPa

E2=F×L/(△L×A)=798、416×70/(4×6×4、7955)=485、60MPa

E=(E1+E2)/2=546、89MPa

由以上计算数据可以得出,截面越大,计算得到的弹性越小。这就是由于木材内部的缺陷导致的,桐木截面面积越大,截面越对称,所含的缺

陷对弹性模量E的影响越小。因此,我们取弹性模量E=60OMPa。

此外,根据木材的拉伸、压缩试验,压杆试验及弯曲试验的试验结果,我们还可以得出以下结论:

①桐木的顺纹抗压强度比抗拉强度低,因此用桐木做拉杆能够更好

的利用材料。

②4×6木杆的抗弯强度比抗压强度降低很多.要充分利用材料,使之

受拉较好.

③桐木强度指标的离散性大,变异性强。由一于内部结构不均匀份致

的应力集中所致。尤其就是抗拉强度,因此受拉杆件宜采用较大的安全系数。在计算桐木的弹性模量时,要充分考虑这个影响因素,选用有效的实验数据。

④木在受压时,在某个较小力值范围内会产生很大的变形;当变形到

达一定数值时,桐木所能承受的压力急剧增大,但此时变形却很小。

⑤桐木为各向异性材料,顺纹方向与横纹方向受力性能差异较大。制作中要避免横纹受力。

2、腊线

根据试验数据,由公式E=F×L/(△L×A)计算出腊线的弹性模量,在试验数据的取值方面,由于多股腊线由单股腊线人工搓捻而成,因此多股腊线的受拉承载力受人为因素的影响,故在数据的选取中我们取保守值。

计算单股腊线的弹性模量: