紙質(zhì)橋梁設(shè)計(jì)方案

1、題目科技創(chuàng)新活動(dòng)紙質(zhì)橋梁模型制作年級(jí)專(zhuān)業(yè)：2011級(jí)水利水電工程班級(jí)：一班學(xué)生：* （組長(zhǎng)）* * * * * * * * * * *指導(dǎo)教師：* * *日期：一2013年7月11日城鄉(xiāng)建設(shè)與工程管理學(xué)院11級(jí)水利水電工程專(zhuān)業(yè)1班科技創(chuàng)新活動(dòng)任務(wù)書(shū)之紙質(zhì)橋梁模型制作1、橋梁模型要求：(1 )橋梁模型總長(zhǎng)度1000mm，制作誤差不得超過(guò)10mm總寬度250mm，制作誤差不得超過(guò)5mm，可采用多種橋梁型式。(2 )橋面須是水平的（3）橋的制造必須保證假設(shè)小車(chē)的正常通過(guò)。假設(shè)小車(chē)的尺寸是長(zhǎng)30cm 寬 21cm 高 19cm 的平板小車(chē)。2、材料要求： A0 繪圖紙及白乳膠3、加載方法：在橋梁跨中逐

2、漸加載直至模型失效。失效標(biāo)準(zhǔn)為：（ 1 ）模型無(wú)法按照現(xiàn)場(chǎng)條件正確安裝就位；（2）因模型的部件障礙或變形過(guò)大或模型發(fā)生破壞等原因，使得小車(chē) 不能順利到達(dá)彼岸。（3 ）橋梁在加載的過(guò)程中最大撓度超過(guò) 2.5cm 。（4）超出正常允許情形的其它失效情況。4、分組要求：全班 57 人分成 10 組，其中 7 組 6 人， 3 組 5 人。5、模型加載時(shí)間：星期四下午 2 點(diǎn)開(kāi)始。6、評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)：本活動(dòng)以鍛煉學(xué)生的創(chuàng)新思維及團(tuán)結(jié)協(xié)作為目的，評(píng)分 根據(jù)學(xué)生的作品及在活動(dòng)中的參與表現(xiàn)綜合評(píng)分?？萍紕?chuàng)新活動(dòng)報(bào)告紙質(zhì)橋梁模型設(shè)計(jì)一、模型結(jié)構(gòu)分析（ 一） 、材料力學(xué)性能分析 紙作為模型材料，其力學(xué)性能特點(diǎn)是受拉性

3、能良好，抗撕裂能力差，抗彎壓 能力近似為零。將紙折成圓筒并用乳膠粘結(jié)后，可承受一定的壓力，但受長(zhǎng) 細(xì)比的限制，多為壓桿失穩(wěn)狀態(tài)的受力破壞?？沙惺苌僭S彎矩。乳膠的粘接性能：紙帶對(duì)接時(shí)強(qiáng)度降低，紙帶側(cè)接時(shí)，強(qiáng)度較高，認(rèn)為與母 材強(qiáng)度相同。（ 二 ） 、構(gòu)件力學(xué)性能經(jīng)過(guò)分析，紙卷成圓筒后，承拉能力遠(yuǎn)大于承壓能力。在此構(gòu)件力學(xué)性能分 析的基礎(chǔ)上，我們一致認(rèn)為：方案應(yīng)多選擇為拉桿，壓桿短而受力小，盡量 不使其受彎矩。二、設(shè)計(jì)方案分析 在模型結(jié)構(gòu)分析的基礎(chǔ)上，我們對(duì)以下幾種設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了分析。1. 簡(jiǎn)支梁。簡(jiǎn)支梁受部分均布荷載。由于構(gòu)件受彎是非常不利的，因此如果 選用簡(jiǎn)支梁的形式，梁縱截面應(yīng)選用魚(yú)腹梁的形

4、式。但制作難度大。如果梁 為幾片相同形狀的紙粘接加厚而成，則側(cè)面易失穩(wěn)。因此不便采用。2. 拱形結(jié)構(gòu)。拱橋最適于承受均布荷載，但在制作上較費(fèi)材料。由于拱橋需 要由很密的拱作片拼成，中間加肋，因此橋的自重較大，不便采用。3. 桁架結(jié)構(gòu)。由彎矩分布可以看出，采用梯形桁架較接近彎矩分布，是合理 結(jié)構(gòu)。由于在要求荷載下，架橋水平方向必有壓力，且要承受部分均布荷， 是處于局部彎壓狀態(tài)。要使構(gòu)件有較良好的壓彎性能，必須多用材料，因此 考慮通過(guò)局部構(gòu)造措施，將均布荷載轉(zhuǎn)換為兩點(diǎn)或多點(diǎn)集中荷載，結(jié)構(gòu)須是 對(duì)稱(chēng)的。三、具體方案通過(guò)對(duì)多種設(shè)計(jì)方案的分析和比較， 我們決定采用梯形桁架結(jié)構(gòu)方案。 取上、 下圓筒軸線(xiàn)距

5、165mm模型跨度940mn,實(shí)際長(zhǎng)1000mm寬度250mm中間 倒 V 字型桿約成 90°，符合設(shè)計(jì)要求。 考慮到壓桿長(zhǎng)細(xì)比限制， 拉桿的抗撕 裂能力等因素，桿件尺寸定為內(nèi)徑 16mm外徑18mm其間還有零桿，起到 穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的作用。所有桿件圓筒均用外徑 16mm的不銹鋼圓桿做模具。四、實(shí)際制作1. 桿件的制作。以外徑16mm勺不銹鋼圓桿做模具。全橋共由56根桿件粘接組合而成。其中, 4根主跨桿為1000mn長(zhǎng)，200mn寬紙條卷成；24根斜桿和14根水平連接桿 為250mn長(zhǎng)，100mn寬紙條卷成；14根豎直壓桿為200mn長(zhǎng)，100mn寬紙條 卷成。視實(shí)際拼接情況加以切削。在粘

6、接桿件時(shí)，為了防止乳膠干縮使桿件 變形，桿件在模具上粘接，晾干后方才取下。2. 結(jié)點(diǎn)。由結(jié)構(gòu)力學(xué)的知識(shí)知這些結(jié)點(diǎn)都可按鉸結(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)，將桿件需要粘接 的一端剪成花瓣?duì)睿羟械牟糠忠延?jì)入卷紙長(zhǎng)），然后與主桿件粘合。3. 加固和美化。待所有桿件全部組裝完畢且完全晾干后檢查每個(gè)結(jié)點(diǎn)，加固欲脫落的結(jié)點(diǎn)，在每個(gè)結(jié)點(diǎn)上均勻涂刷一層乳膠。將1000mm250mm的橋面和橋底粘合到桁架結(jié)構(gòu)上。圖為制作完成后的橋梁整體結(jié)構(gòu)五、橋梁模型加載實(shí)驗(yàn)1、加載前稱(chēng)重：全橋共515g;尺寸測(cè)量：長(zhǎng)1004mm寬250mm符合任務(wù)書(shū)中要求的允許誤差范圍2、加載按任務(wù)書(shū)要求，將橋梁模型裝于實(shí)驗(yàn)臺(tái)上。以加載實(shí)驗(yàn)砝碼作為載荷，逐級(jí)實(shí)驗(yàn)加載，記錄加載重量，觀(guān)察各桿件破壞情況及橋梁變形撓度，當(dāng)桿件發(fā)生破壞或者3、破壞形式分析：由于各桿大致等強(qiáng)度，而結(jié)點(diǎn)強(qiáng) 度有保證，當(dāng)加載重量達(dá)到29354g時(shí)橋梁撓度達(dá)到25mm件未發(fā)生較大破壞。上圖為加載過(guò)后的橋梁模型撓度大于25mn時(shí)停止加載六、活動(dòng)小結(jié) 為了更好的完成此次科技創(chuàng)新活動(dòng)，我們積極搜集整理各種資料，在這其中