西南交大第十五屆結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽橋梁承重組計(jì)算書(shū)

1、西南交通大學(xué)第十五屆結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽橋梁承重B組設(shè)計(jì)理論方案作品名稱(chēng) H型斜拉橋 參賽編號(hào) B27 組長(zhǎng)姓名 班級(jí) 土木7班 學(xué)號(hào) 2014110302隊(duì)員姓名 班級(jí) 制藥1班 學(xué)號(hào) 2014114279隊(duì)員姓名 班級(jí) 土木5班 學(xué)號(hào) 2014110248組長(zhǎng)電話 西南交通大學(xué)第十五屆結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽組委會(huì)二一五年摘 要橋梁建筑的設(shè)計(jì)講究造型美觀、受力合理、節(jié)省材料、承載力大、制作精細(xì)。作為一個(gè)土木學(xué)子，我們的目標(biāo)是成為一名優(yōu)秀的土木工程師，因此我們想通過(guò)參加這樣的一次結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)大賽，提前感受下“工程師”的滋味。在此次結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)大賽中，我們對(duì)模型選型設(shè)計(jì)等經(jīng)過(guò)了長(zhǎng)時(shí)間考慮，最終決定做成雙塔雙索面斜拉橋，整

2、個(gè)過(guò)程全方位模擬了從設(shè)計(jì)到施工各個(gè)環(huán)節(jié)，讓我們真實(shí)的了解到了真正的施工過(guò)程中遇到問(wèn)題是難以預(yù)測(cè)的，在發(fā)現(xiàn)問(wèn)題是，仔細(xì)想出一個(gè)完美的解決方案才是我們應(yīng)該去做的。在做橋過(guò)程中，出現(xiàn)過(guò)一個(gè)重大問(wèn)題，當(dāng)我們把橋做好后，在距離比賽僅有兩天多的時(shí)間里不小心被別人踩了一腳，在這種情況下，我們沒(méi)有選擇放棄，而是加班加點(diǎn)趕制模型，因?yàn)槲覀冎赖诙樽銎饋?lái)應(yīng)該是得心應(yīng)手的，并且可以改進(jìn)很多在第一次沒(méi)做太好的部分，這樣想來(lái)，這并不失為一件好事。在做橋過(guò)程中，我們切身體會(huì)到了作為一名工程人員的自豪，從一個(gè)什么也不會(huì)的大一學(xué)生瞬間成了一群能夠自主設(shè)計(jì)制造一座橋梁的土木人，經(jīng)過(guò)本次結(jié)構(gòu)大賽，我想無(wú)論結(jié)果怎么樣，我們不會(huì)太

3、去在乎，我們?cè)诤醯氖窃谶@個(gè)過(guò)程中，我們終究是沒(méi)有放棄，也讓我們體會(huì)到了橋梁的美，提升了對(duì)未知知識(shí)學(xué)習(xí)的興趣。關(guān)鍵詞 模型，斜拉橋，荷重比，撓度，節(jié)點(diǎn)，承重目錄一.設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū).- 1 -1 方案構(gòu)思- 1 -1.1作品名- 1 -1.2造型- 1 -2 結(jié)構(gòu)選型- 1 -2.1設(shè)計(jì)準(zhǔn)則- 2 -2.2 整體選型- 2 -3材料試驗(yàn)- 2 -3.1模型稱(chēng)重- 3 -3.2模型的模擬加載試驗(yàn)- 3 -4 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)- 3 -4.1結(jié)構(gòu)整體布置圖- 3 -4.2構(gòu)件尺寸詳細(xì)設(shè)計(jì)- 3 -4.3構(gòu)造（節(jié)點(diǎn)）設(shè)計(jì)- 6 -4.4 模型三維效果圖- 7 -5 特色處理- 8 -6 制作工藝- 8 -二、模型計(jì)

4、算書(shū)- 8 -7計(jì)算模型- 9 -7.1模型簡(jiǎn)化- 9 -7.2荷載模擬- 9 -8 內(nèi)力分析- 10 -9 材料參數(shù)（以下略）- 11 -10 承載力估算- 11 -參考文獻(xiàn)- 11 - - 11 - 一、 設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)1 方案構(gòu)思對(duì)于本次結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，我們首先對(duì)賽題進(jìn)行了詳細(xì)分析，考慮到組委會(huì)提供的材料特點(diǎn)以及賽題對(duì)橋型的限制，從安全、耐用、美觀的角度出發(fā)，我們選擇了現(xiàn)在作為我國(guó)大跨徑橋最流行的橋型之一的斜拉橋。斜拉橋作為一種拉索體系，比梁式橋的跨越能力更大，是大跨度橋梁的最主要橋型。50年代中期，瑞典建成第一座現(xiàn)代斜拉橋，40多年來(lái)，斜拉橋的發(fā)展，具有強(qiáng)勁勢(shì)頭，改革開(kāi)放后，我國(guó)修建斜拉橋的勢(shì)頭

5、一直呈上升趨勢(shì)。1.1作品名H型塔斜拉橋1.2造型 按照賽題細(xì)則要求，我們將橋設(shè)為不等跨的三跨，為了滿足在視覺(jué)上突出表現(xiàn)和保證模型有足夠承載力以及制作簡(jiǎn)便的條件下，橋塔采用H型塔，斜拉索型為輻射式，選擇了主跨、邊跨之為2:1，橋的全長(zhǎng)為1780mm，橋面寬為230mm,橋面上方通行凈空高度為200mm，H型橋塔高250mm，主梁為三根，每根主梁由兩塊長(zhǎng)1780mm，高30mm的PVC條粘貼而成，九根大橫梁，16根T型小橫梁，其具體尺寸大小見(jiàn)“4.2構(gòu)件尺寸詳細(xì)設(shè)計(jì)”。2 結(jié)構(gòu)選型方案比較u 斜拉橋 斜拉橋由索塔、主梁、斜拉索組成。是一種由一條或多主塔與鋼纜組成來(lái)支撐橋面的橋梁。是由承壓的塔，受

6、拉的索和承彎的梁體組合起來(lái)的一種結(jié)構(gòu)體系。斜拉鎖的兩端分別錨固在主梁和索塔上，將主梁的恒載和車(chē)輛荷載傳遞至索塔，再通過(guò)索塔傳遞至地基。因而主梁在斜拉鎖的各點(diǎn)支承下，像多跨彈性支承連續(xù)梁一樣，可使梁體內(nèi)彎矩大大減小，使主梁尺寸大大減小，顯著減輕了結(jié)構(gòu)重量，節(jié)省了材料。u 拱橋拱橋是我國(guó)歷史悠久的一種橋型，拱式結(jié)構(gòu)在豎向荷載下，兩端產(chǎn)生水平推力，使拱內(nèi)產(chǎn)生軸向壓力，從而大大減小了拱圈的截面彎矩，充分利用截面材料強(qiáng)度，使跨越能力增強(qiáng)。但拱橋自重大，相應(yīng)的水平推力也較大，該橋型在保證具有足夠承載能力的時(shí)候不易滿足大賽對(duì)模型質(zhì)量的要求，而且拱形模型不易制作。u 懸索橋懸索橋是用懸掛在塔架上的強(qiáng)大纜索作為

7、主要承重結(jié)構(gòu)的橋梁。它由主纜、橋塔、錨碇、吊桿、加勁梁、鞍座及橋面結(jié)構(gòu)等幾部分組成。其中主纜、橋塔和錨碇構(gòu)成主要承重結(jié)構(gòu)，梁則主要提供橋面、傳遞荷載及維持抗風(fēng)穩(wěn)定的作用。如果不設(shè)加勁梁，因而剛度較小，在車(chē)輛荷載作用下，橋面將隨懸索形狀的改變而產(chǎn)生S形的變形，由于材料剛度不夠大，當(dāng)設(shè)足夠強(qiáng)度加勁梁時(shí)必然會(huì)使橋體質(zhì)量大大加大。選型結(jié)果最終根據(jù)比較模型制作難易程度以及組委會(huì)提供的材料特點(diǎn)，我們組選擇了雙塔雙鎖面斜拉橋。2.1設(shè)計(jì)準(zhǔn)則1.符合賽題橋型要求、各尺寸要求與對(duì)材料使用限制的要求2.在滿足安全的條件下盡量少使用材料，以減輕橋梁自重和節(jié)約成本3.注重結(jié)構(gòu)美觀、簡(jiǎn)潔2.2 整體選型滿足視覺(jué)審美需求

8、、制作簡(jiǎn)易以及安全可靠的要求，橋梁選用主邊跨之比為2:1的H型雙塔雙鎖面斜拉橋。3材料試驗(yàn)經(jīng)實(shí)驗(yàn)檢測(cè)，得到如下材料特性：1.白卡紙力學(xué)特性試驗(yàn)試樣自重 241g/m2試樣厚度 0.3mm試樣寬度 30mm試樣原始標(biāo)距 200mm最大力對(duì)應(yīng)位移Nmm第一根117.1811.46由上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以知道：白卡紙受拉性能較好，適于用作橋面 2.軟質(zhì) PVC 塑料板：厚度 2mm，力學(xué)性能參考值：彈性模量 1.5-15MPa，抗拉強(qiáng)度 30MPa。適于用于制作梁等結(jié)構(gòu)構(gòu)件。3. AB膠：強(qiáng)度很大，適用于模型結(jié)構(gòu)構(gòu)件之間的連接。4.鉛發(fā)絲線力學(xué)特性試驗(yàn)試樣自重 0.71g/m試樣直徑 1.1mm試樣原始標(biāo)

9、距 200mm最大力對(duì)應(yīng)位移Nmm第一根67.8135.76由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知：鉛發(fā)絲線抗拉強(qiáng)度較大，但由于其具有一定彈性，當(dāng)承受力較大時(shí)仍會(huì)有較大變形量，可以在制做之前給予其足夠的拉力，使其失去形變能力，這樣就適用于模擬懸索橋和斜拉橋的拉索。3.1模型稱(chēng)重870g3.2模型的模擬加載試驗(yàn)由于沒(méi)有加載的砝碼，故采用如圖如圖所示的方法進(jìn)行檢測(cè)，用書(shū)將模型橋塔處支撐，使其懸空，然后在各跨跨中放上一定質(zhì)量的重物，檢測(cè)斜拉鎖強(qiáng)度與撓度大小。4 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)橋?yàn)槿缧崩瓨?，主梁采用連續(xù)梁形式，橫梁采用T型梁形式，橋塔采用H型簡(jiǎn)易橋塔，斜拉索型為輻射式4.1結(jié)構(gòu)整體布置圖4.2構(gòu)件尺寸詳細(xì)設(shè)計(jì)T型橫梁尺寸示意圖大

10、橫梁尺寸示意圖主梁尺寸示意圖4.3構(gòu)造（節(jié)點(diǎn)）設(shè)計(jì) 接口設(shè)計(jì)：對(duì)于主梁與橫梁的接口，我們采用“削掉一半”嫁接的方式，兩桿分別削掉一部分后，涂膠拼接，然后用節(jié)點(diǎn)卡卡住，待交干后再補(bǔ)膠一次。4.4 模型三維效果圖5 特色處理1.橫梁采用大小橫梁交叉，在保證橋梁剛度的同時(shí)，有效的減輕了橋體的質(zhì)量2.在小橫梁的地方，用鉛發(fā)絲線按如圖處理，在減輕重量的同時(shí)保證了中間主梁的安全3.橫梁采用T型結(jié)構(gòu)，在保證抗壓強(qiáng)度的同時(shí)，保證了橋面與梁的接觸面積，使橋面更安全不下陷4.梁采用網(wǎng)格分布，使其受力均勻有效的將橋面上的力通過(guò)橫梁傳遞給主梁，再傳遞給斜拉鎖，最后傳遞給橋塔5.節(jié)點(diǎn)采用節(jié)點(diǎn)卡，有效防止桿件脫落6.安裝

11、斜拉鎖時(shí)給了通過(guò)一定的手段斜拉索一定的預(yù)張力，其給主梁一個(gè)初始的支承力，以調(diào)整主梁初始內(nèi)力，使主梁受力狀況更加均勻合理，此外，斜拉索軸向產(chǎn)生的水平分力對(duì)主梁施加預(yù)壓力，從而使主梁的抗裂性能增強(qiáng)，節(jié)約主梁材料，是橋梁自重減輕6 制作工藝1.各個(gè)桿件均勻砂紙打磨，使其易于粘貼2.制作統(tǒng)一大小、形狀的節(jié)點(diǎn)卡，使其美觀3.在上索時(shí)，采用給主梁一個(gè)反向壓力的方法（如下圖），以保證斜拉索具有一定的預(yù)張力二、 模型計(jì)算書(shū)7計(jì)算模型 橋梁為不等跨的三跨，在中跨的二分之一處梁的最大剪力和最大彎矩均為最大，故取中跨進(jìn)行研究，以便受力分析和強(qiáng)度計(jì)算。7.1模型簡(jiǎn)化斜拉橋中跨由于具有對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)，橋面上受到的力均有橫梁傳

12、遞給主梁，因此可以直接將斜拉橋橋面簡(jiǎn)化為一根主梁受到垂直向下的壓力作用當(dāng)主跨最大剪力和最大彎矩均為最大時(shí)，受力示意圖如下： 主梁的最大剪力為集中荷載加于橋面二分之一處時(shí).有加載規(guī)則 Fmax=140N 梁的最大剪力為 Fsmax=70N Mmax=70N*400mm=28N*m7.2荷載模擬利用Midas Civil 821 建模分析 得到主梁主跨的彎矩圖與反向受力圖8 內(nèi)力分析斜拉橋內(nèi)力分析：模型加載時(shí)，橋面受到移動(dòng)小車(chē)給予的豎直向下的壓力，然后橋面將該壓力均勻分布在網(wǎng)格式橫梁上，橫梁在分布給主梁，同時(shí)中間主梁受到砝碼對(duì)其的拉力，又通過(guò)橫梁傳遞給兩邊的主梁，最終兩邊主梁受到豎直向下的壓力傳遞給斜拉索，斜拉索產(chǎn)生斜向的拉力，其中每根索關(guān)于橋塔對(duì)稱(chēng)，因此其水平分力大小相等、方向相反，在橋塔處受到的合力豎直向下，該力再通過(guò)橋塔傳遞給加載架子，實(shí)現(xiàn)力從橋面?zhèn)鬟f到