结构设计理论方案

结构设计理论方案

作品名称通海大桥

参赛院系土木与交通学院

参赛队员

专业名称地下建筑机电机械自动化

指导教师

辽宁工程技术大学第三届大学生结构设计竞赛

二0一0年

目录

摘要 (2)

1 设计说明书 (3)

1.1 概述 (3)

1.2 方案简介 (3)

1.3结构模型及方案特点 (4)

2结构方案图 (5)

2.1结构效果图 (5)

2.2结构俯视图 (5)

3设计计算书 (6)

参考文献 (8)

摘要

本文根据辽宁工程技术大学大学生结构设计大赛规程和使用材料的特点要求，结合现代桥梁结构的特点，借鉴细杆桥结构设计概念构思了本结构模型。

在造型上，空间上主要采用三棱柱、圆柱、三角形、拱形等几何元素，使用细线、胶水固定各个构件，注重结构的整体性。

在结构设计方面，充分根据纸张的力学性能，主要受力构件采用格构式组合构件，利用圆柱杆支撑增加结构空间作用，使用细线承担部分桥面拉力，提高整体结构的抗压能力。

关键词：结构模型、设计大赛、模型制作

1 设计说明书

1.1 概述

对于结构模型，稳定性起着控制作用，包括整体稳定性和局部稳定性，选择合理有效的结构受力体系对结构模型设计有着重要意义。

模型设计中，主要应考虑充分利用白卡纸受力性能特点。就本次竞赛而言，关键在于充分利用白卡纸坚挺厚实的性能，受压则需要组合成柱的特点，选择优化的结构模型，使结构模型能够接近竞赛规定的最大加载荷载，同时尽可能降低结构的自身重量。

本结构模型根据以上思想，进行结构的构思与设计。

1.2 方案简介

本结构整体外型从正面看有两个相等三角形构成，从侧面看就是一个“口”字，桥面略略上拱，能够有效地抵抗桥面施加的压力。其造型融入三角形和圆柱等美学元素，整体造型简单、受力形式较好，符合本次竞赛的设计理念。

结构根据竞赛规程的要求，确定合理跨度和高度以后，以八根圆柱斜杆为主要受力构件向下传力。根据面内部位的抗弯刚度要求，，通过计算得出合理拉线的位置，合理布置拉线的空间角度；并通过ANSYS软件模拟多种荷载情况下的破坏情况，找出结构构件的薄弱环节进行局部加强，使得结构的破坏向强度破坏靠近，从而使本结构模型具有足够的承载能力和优秀的抗侧能力。

1.3 结构模型及方案特点

本结构模型的特点有：

（1）、通过结构模型使荷载有效地转化，使得结构的构件基本只受拉或受压，构件基本不受弯或所受弯矩很小（通过ANSYS分析可知，杆件的最大弯矩引起的应力只有最大轴力引起的应力的10%左右）能充分发挥构件的力学性能。模型的主要受力构件为二根传力的竖杆、连接竖杆成拉线（增加结构的整体性）。

（2）、拉线的合理设置。白卡纸轴向受拉力学性能较好，受弯性能低劣，并且做成组合杆件来受弯所需材料较多，故主要利用斜拉线把竖向力集中到桥墩，既增加了面内的抗弯刚度，又提高桥面的承重力。

2 结构方案图2.1结构效果图

2.2结构俯视图

2.3结构立体图

3 设计计算书

3.1结构选型：

桥塔采用常规A型结构，也便于采用侧杆拉索，竖向双索面。塔身先用两个方柱固定缠绕丝线的圆柱，后用丝线捆绑，以增大其抗拉性。同时我们查阅资料得知高跨比范围在1:2.4——1:4.7之间为好，我们选择了适当的高度为590mm，以节约材料减少自重。

3.2 接口及节点设计

对于接口设计，由于杆件采用圆柱设计，为了固定两根圆柱杆，在接口处用三棱柱连接两杆，先把两杆接口削成60度角，然后与三棱柱接触，再用细线牢牢捆进，从而达到目的。

对于节点，则用细线穿过两杆，再牢牢缠绕两杆，使两杆紧紧连接在一起。

3.2 涂胶方式

采用两次涂胶，涂第一次胶后，晾干；再涂第二次，晾干。

优点：1. 桥面结构采用曲拱，以增加桥面抗压性和抗拉性。

2. 用铅丝线缠绕，既不增加自重又增加了塔的抗拉性。

3. 桥塔采用“口”字型，有利于空间的充分应用。

荷载分析：

由于此次比赛的加载情况，我们可知在面的四分之一处时，所受剪最为薄弱。如图

加载时小车最大重量G=10kg*10=100N则杆的最大剪力F=50N

对于塔的受力，有F sinβ=f,且在水平距离不变下塔高越大，β角越大，则sinβ值越大，对F向下的分力f越大，此时F即小车给与桥的力大部分即f作用在竖直塔身上，如图

但同时会增加桥自重，而且塔抗水平变位的刚度就越弱。

斜拉桥最外侧的索由于其倾角最小，效率就最差。一般应使最外索的效率不低于40%，那么，（H为塔高，l为1/2桥身）

H/[H²＋（l／2）²]º.5≥0.4

H／l≥0.22当塔较高时，最外索效率可达到50%，这时，H/[H²＋（l

／2）²]º.5＝0.5H／l=0.29因此我们选择合适的590mm。

同时对于桥面总宽d=260mm，我们用思根直径大约为2厘米的圆柱支撑桥面，来增加其抗压性。由于小车车轮直径为8.5厘米，轮子离牵引环距离为1厘米，因此每个车道下的两杆距离应在8.5厘米内，两车道紧挨着的两杆距离应在2厘米左右。又小车两边宽为11厘米。因此桥宽不应小于22厘米。

参考文献：

《桥梁建筑的结构构思与设计技巧》人民交通出版社作者：张师定

《桥梁设计百问》人民交通出版社主编：邵旭东

《桥梁美学》人民交通出版社主编：和丕壮