最新结构设计大赛(桥梁)计算书培训讲学

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、梁式桥和桁架桥的设计方案。斜拉桥可以看作是小跨径的公路桥，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他样式的桥来得结实；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

端部加工是连接的是关键所在。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

拼接是本模型制作的最大难点。由于是杆件截面较小，接触面积不够，乳胶干燥较慢等原因，连接是较为困难的。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)、桥面和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，所得的内力和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