桥梁设计大赛计算书

桥梁结构设计理论方案

作品名称

参赛学校

参赛队员、

专业名称

指导教师

大庆市大学生结构创新设计竞赛组委会

二○一一年

目录

1设计说明

根据本次大赛要求及所提供材料，本组成员秉承“安全、节省、承载力高、美观”原则，设计此桥梁“步步精心”结构模型。桥梁以桁架结构为主体，尽量做到受力均匀，拉杆和压杆合理分布。其中“杆件承载力充分利用和桥身自重轻”为此设计最大亮点。

1.1设计构思

在接到比赛要求最初，本组成员经过分析得出“材料本身承载力强、材质轻、只适合粘结”的结论，初步确定以“平面结构，主梁主要承力，桁架结构”为大体思路。

为减轻桥梁自重，我们决定尽量多用拉杆，但在模拟加载过程中，发现此想法难以实现。遂改用另一种减重方式，即尽量使每根杆都受力均匀，所受最大拉（压）力和最小拉（压）力差值最小。

1.2结构选型

在确定“平面结构、主梁主要承力、桁架结构”为大体思路后，设计步骤如下：

①根据大赛尺寸要求，初步确定桥梁的跨度、高度和宽度；

②根据以往经验和资料分析，设计出桥梁大体模型；

③以实际情况为准，提取计算简图；

④利用结构力学求解器软件对结构进行模拟加载，计算出各杆所承受轴力及弯矩，以确定桥

梁各单元杆件截面尺寸；

⑤结合杆件密度，取最优荷重比。

1.3详细计算

1.3.1设计资料

根据大赛要求，可以确定桥梁跨度L=1300mm，净跨L0=1200mm，桥宽B=185mm，由经验和资料初步确定桥高H=150mm，竖向腹杆间距由比赛小车车轮中心轴距离确定，选为120mm。

1.3.2桥梁形式、尺寸及支撑布置

根据上述原则，最终确定桥梁如图1-1,1-2

图1-1正视图

图1-2俯视图

1.3.3基本假定

①节点粘结处按照铰接计算；

②支座简支；

③荷载取为竖直集中静荷载，分别作用在结点和单元上

④考虑动荷载影响，计算荷载取为实际荷载1.2倍；

⑤忽略桥本身自重，

⑥材料材质均匀。

⑦定义杆件单元和结点码，下文提到单元和结点码皆基于此定义

图1-4

1.3.4荷载模拟

①桥面板近似为均布荷载q=mg/l0=3×10/1300=0.0125N/mm

②一辆小车加砝码P’=120N，考虑动荷载影响P=1.2P’=144N

③一辆小车在两榀桁架上荷载分配的原则如图1-5

图1-5

P1=0.25P=36N

P2=0.75P=108N

考虑每辆小车轮距，将一辆小车及砝码的荷载简化为两集中力Q1和Q2

Q1=0.5P2=18N

Q2=0.5P1=54N

则桥梁计算简图如图1-6

图1-6

按照图1-6将计算简图输入结构力学求解器，将集中荷载依次作用在各单元中间位置，得出各杆件所受最大轴力和弯矩值，依次列在附表1-5，再将集中荷载依次作用在各结点位置，同样得出各杆件所受最大轴力和弯矩值，依次列在附表6-9，此数据作为设计最终依据。

1.3.5计算示例

材料性质：

木材 E=4

10Mpa ，抗拉强度f t =30MPa

查阅有关资料可知：木材抗压强度f c =30MPa ，抗弯强度f m =20MPa ，抗剪强度f v =2Mpa

从表1-9可知，杆件单元共分为三类。一、受拉构件；二、受压构件；三、压弯构件。以下每类杆件均举例说明计算过程，其余不再列出。

另在结构中还存在拉弯和受剪构件，因其对结构影响较小，在此忽略不计。 一 受拉构件，以单元1为例

A>

t f F =30

255=8.5mm 2 选截面2×6mm 的杆件 二 受压构件，以单元23为例 试选5×6杆件

i=

A

I

=62.5/30=2.1 λ=

i

l =192/2.1=133.02>75 ψ=3000/λ2=0.17 A>N/ψf c =

30

17.05

.100ｘ＝19.7mm 2

选5×6杆件合适。

三 压弯构件，以单元10为例 试选如图1-7截面

图1-7

由图1-7知： A=52mm 2，I

x =497.33mm 4

，i x =3.093mm ，I y =169.33mm4，i y =1.81mm ，W x =

h

I X

2=99.47 由图1-1知： L ox =l 0y =120mm 强度验算：

m X c W M A N f f ＋=20

9.047.996.1267309.0526.282ｘｘ＋ｘｘ=0.98<1 强度满足要求 刚度验算：

λx =I x /i x =120/0.093=38.8<[λ]=120 λy =l y /i y =120/1.81=66.3<[λ]=120

刚度满足要求 稳定性验算： A 平面内

K=

)1(f c

m Af N

W M ＋

=

30

9.0526

.2821(209.047.996

.1267ｘｘ＋

ｘｘｘ=0.489

Φm =（1-K ）2=0.261

Φ=1/[1＋(λ/80)2]=

2)

80

8.38(11

＋=0.81 N/(ΦΦm A)=

52

261.081.06

.282ｘｘ=25.71N/mm 2

B 平面外

N/(Φy Af c )+[M/(Φl Nf m )]2=

2)20

9.06.2826

.1267(309.052593.06.282ｘｘ＋ｘｘｘ=0.4<1

满足稳定性要求 图1-7截面适合。

其余各杆件算法与此相同，不再一一列出，以上公式皆取自《木结构设计规范GB50005—2003》。最