橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論方案

1、橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論方案作品名稱： 參賽學(xué)院：建工學(xué)院參賽隊(duì)員：王云騰 越祖鑫 王欣陽聯(lián)系方式：錄、方案構(gòu)思1、2、3、4、5、6、設(shè)計(jì)思路 材料力學(xué)性能分析 結(jié)構(gòu)選型 結(jié)構(gòu)尺寸說明 連接方式的選擇 橋墩結(jié)構(gòu)的選擇A.二、1、2、3、4、5、6、制作工藝 截桿 拱形加工 端部加工 拼接 風(fēng)干 修飾三、1、2、3、4、計(jì)算書荷載分析設(shè)計(jì)假定簡化模型計(jì)算簡圖 （1）、位移圖 （2）、軸力圖 （3）、剪力圖 （4）、彎矩圖5、材料用量統(tǒng)計(jì)四、其他特色方面說明五、設(shè)計(jì)總結(jié)六、結(jié)語方案構(gòu)思1、設(shè)計(jì)思路 對于此次的設(shè)計(jì)，我們分別考慮了斜拉橋、懸索橋和 拱形橋的設(shè)計(jì)方案。斜拉橋可以看作

2、是小跨徑的公路橋， 且對強(qiáng)度有較高的要求， 進(jìn)而斜拉橋?qū)Σ牧系囊蟊容^高， 而對于所用桐木的強(qiáng)度斜拉橋自然沒有其他結(jié)構(gòu)承重能力 強(qiáng)；而懸索橋雖然可以充分利用材料的強(qiáng)度，并且具有省 料，自重輕的特點(diǎn)，但是考慮到其懸索在此次設(shè)計(jì)中只能 采用蠟線或桐木條，因?yàn)橄灳€的彈性模量較小，在力的作 用下變形會比較大，從而會導(dǎo)致橋梁撓度值較大，然而桐 木條又會增加橋體自重，所以我們也放棄了做懸索橋的想 法；因?yàn)楣靶谓Y(jié)構(gòu)的跨越能力較大，可以節(jié)省材料，而且 構(gòu)造較簡單，外形美觀，所以幾種橋型相比之下，我們決 定采用拱形結(jié)構(gòu)方案。2、材料力學(xué)性能分析（1）、桐木 桐木的順紋抗壓強(qiáng)度比抗拉強(qiáng)度低，因此用桐木 做拉桿能夠

3、更好的利用材料。桐木強(qiáng)度指標(biāo)的離散性 大 , 變異性強(qiáng)。由一于內(nèi)部結(jié)構(gòu)不均勻?qū)е碌膽?yīng)力集中 所致。尤其是抗拉強(qiáng)度，因此受拉桿件宜采用較大的 安全系數(shù)。木在受壓時(shí)，在某個(gè)較小力值范圍內(nèi)會產(chǎn) 生很大的變形；當(dāng)變形到達(dá)一定數(shù)值時(shí)，桐木所能承 受的壓力急劇增大，但此時(shí)變形卻很小。桐木為各向 異性材料，順紋方向與橫紋方向受力性能差異較大。 制作中要避免橫紋受力。（2）、蠟線 蠟線的彈性模量較小，受力變形較大，所以不宜 用作懸索等承重結(jié)構(gòu)中。3、結(jié)構(gòu)選型我們借鑒古代拱形橋梁的設(shè)計(jì)理念， 充分利用拱形結(jié)構(gòu) 良好的抗壓能力，并在兩側(cè)懸挑出去的部分采用半拱的形式 增強(qiáng)橋梁整體的承載力， 根據(jù)力的傳遞原理， 我們

4、在主拱和 兩側(cè)半拱之間各增加了一個(gè)小拱對橋身進(jìn)行加固， 巧妙的將 橋面結(jié)構(gòu)的承重力以拱形的傳遞路徑傳遞， 從而達(dá)到分擔(dān)主 拱壓力的作用， 并使力的傳遞路徑縮短， 同時(shí)可以有效控制 小車在跨中時(shí)的橋面撓度值； 為了減輕橋體自重， 橋墩采用 箱型結(jié)構(gòu)，并將兩側(cè)小拱進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化， 有效節(jié)省材料， 我 們最終確定的上承式拱梁結(jié)合結(jié)構(gòu)方案既充分發(fā)揮了拱形 結(jié)構(gòu)的承重優(yōu)勢，又使橋體結(jié)構(gòu)美觀。4、結(jié)構(gòu)尺寸說明 此次結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的橋梁結(jié)構(gòu)為單跨橋梁，橋梁總長1600-1680mm單跨跨度大于1000mm橋下凈空至少355mm 懸臂端部不小于 320mm。5、連接方式的選擇連接方式是本模型制作的關(guān)鍵之一。 由于是桿

5、件截面 較小，接觸面積不夠，乳膠干燥較慢等原因，連接是較為 困難的。我們將采取很多措施加以控制，如用鐵夾子對連 接處加強(qiáng)壓、用蠟線進(jìn)行綁扎固定等。乳膠粘接時(shí)要不斷用電吹風(fēng)間斷性地吹風(fēng)， 使其盡快 形成粘接力，達(dá)到強(qiáng)度的 70%（基本固定）后即可讓其自 行風(fēng)干。6、橋墩結(jié)構(gòu)的選擇根據(jù)本次比賽中的加載方式，我們認(rèn)為橋墩不僅僅 要承受壓力，還要承受由拱結(jié)構(gòu)引起的水平推力，所以 橋墩要有較強(qiáng)的抗扭能力，于是我們采用箱型結(jié)構(gòu)制作 橋墩。制作工藝1、截桿裁桿是模型制作的第一步。經(jīng)過試驗(yàn)我們發(fā)現(xiàn)，截 桿時(shí)應(yīng)該根據(jù)不同的桿件，采用不同的截?cái)喾椒?。對?質(zhì)地較硬的桿應(yīng)該用工具刀不斷切磋，如同鋸開；而對 于較軟的

6、桿應(yīng)該直接用刀刃用力按下，不宜用刀口前后 切磋，易造成截面破損。2、拱形加工對于拱形的制作，則預(yù)先將桿件置于水中浸泡并加 上預(yù)應(yīng)力使其不斷彎曲，并按照先前劃定的拱形不斷調(diào) 整，直至達(dá)到理想形狀。在對拱腳處進(jìn)行處理時(shí)，先粘 結(jié)一個(gè)小的木塊，讓后用鐵夾子施加很大的壓力，保證連接能足夠牢固3、端部加工端部加工是連接的是關(guān)鍵所在。為了能很好地使桿 件彼此連接，我們根據(jù)不同的連接形式，對連接處進(jìn)行 處理，例如，切出一個(gè)斜口，增大連接的接觸面積；刻 出一個(gè)小槽，類似榫卯連接等。4、節(jié)點(diǎn)及其詳圖拱形結(jié)構(gòu)與橋墩的節(jié)點(diǎn)將采用白乳膠粘結(jié)并用蠟線 捆扎的形式。5、風(fēng)干模型制作完成后，再次用吹風(fēng)機(jī)間斷性地吹粘接處，

7、基本穩(wěn)定后，讓其自然風(fēng)干。6、修飾在模型完成之后，為了增強(qiáng)其美觀性，用砂紙小心 翼翼的將桿件表明的毛刺打磨光滑，注意不要破壞結(jié)構(gòu), 以免影響其穩(wěn)定。三、計(jì)算書1、荷載分析加載時(shí)先使模型的中軸線與加載儀器的中軸線重合 ，將面板軸 線對準(zhǔn)加載儀器軸線重合放好后鋪上；選手自行搖動手輪 ，牽 引小車從加載儀器的一端到達(dá)另一端。 所以我們分析荷載，其 橫載主要有自重，橋面板重，活載為小車荷載，引起速度慢， 可認(rèn)為其為擬靜力荷載。2、設(shè)計(jì)假定（1）、材質(zhì)連續(xù)，均勻；（2）、梁與索之間結(jié)點(diǎn)為鉸結(jié)，梁與塔柱（撐桿）之間的連接為剛結(jié)，撐桿與下部拉條之間為鉸結(jié)，橋梁支座為連 續(xù)彈性支座；（3）、橋面和橋梁本身質(zhì)量

8、以均布荷載作用在整個(gè)梁 上，加載時(shí)，車輛移動荷載以集中力的形式作用在指定的梁 上;（4）、桿件計(jì)算時(shí)采用結(jié)構(gòu)的計(jì)算模式。根據(jù)以上假定，通過結(jié)構(gòu)力學(xué)求解器建立計(jì)算模型，所 得的內(nèi)力和位移作為構(gòu)件設(shè)計(jì)的依據(jù)。3、簡化模型4、計(jì)算簡圖（1）、位 移 圖(2)、軸 力 圖(3)、剪力圖(4)、彎矩圖5、材料用量統(tǒng)計(jì)我們的模型希望將材料性質(zhì)發(fā)揮到最大，所以沒有多余的 桁架與斜撐，大多構(gòu)件為拱形，所以構(gòu)件的使用較長，粗 略估計(jì)，我們大約需要 3根2m長的桐木。四、其他特色方面說明1、主拱與橋梁之間的連接沒有采用普通的桿件，而是在兩側(cè)各增加了一個(gè)小拱形構(gòu)件，充分發(fā)揮拱形結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢，并充分利用曲線美打造美觀外

9、形；2、采用箱型結(jié)構(gòu)的橋墩，增強(qiáng)其抗扭能力的同時(shí)減輕橋體自 重，節(jié)省材料。五、設(shè)計(jì)總結(jié)針對跨中彎矩過大的情況，我們決定將中部做成魚腹梁形狀，來 抵抗較大的彎矩，減少過大的撓度，這樣取得了很好的效果。.結(jié)構(gòu)分析中由于各方面因素有限，我團(tuán)隊(duì)沒有考慮到結(jié)構(gòu)及各桿 件的失穩(wěn)以及無法確定材料的極限彎矩，這使得計(jì)算結(jié)構(gòu)存在諸多不 確定因素和誤差。在設(shè)計(jì)過程中，我團(tuán)隊(duì)遇到了很多困難：一方面，我團(tuán)隊(duì)欠缺很 多橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面的知識；另一方面，我團(tuán)隊(duì)對于畫圖軟件和力學(xué) 計(jì)算軟件的熟悉程度有所欠缺；此外，我團(tuán)隊(duì)還缺少構(gòu)建材料的相關(guān) 數(shù)據(jù)，這使得計(jì)算對我們而言有了相當(dāng)大的難度。我團(tuán)隊(duì)查閱了相當(dāng)多的資料，且聽取了各方

10、面的意見，并咨詢了 老師有關(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)，這對我們的設(shè)計(jì)提供了巨大的幫助作用。 我團(tuán)隊(duì)經(jīng)過反復(fù)的推敲和計(jì)算，最終將數(shù)據(jù)圖紙全部確定下來。自確定參賽以來，我組各位同學(xué)都抽出了大量的時(shí)間來參與到結(jié) 構(gòu)的設(shè)計(jì)與研究過程中，本次設(shè)計(jì)是全組成員的共同的勞動成果，這 次比賽增強(qiáng)了我們的團(tuán)隊(duì)合作精神，大大豐富了我們的橋梁知識，提 高了我們的動手和思考能力，為我們今后對橋梁的學(xué)習(xí)打下了良好的 基礎(chǔ)，使我們都獲益匪淺。真誠的希望老師能提出寶貴的建議和意見，指出我們出現(xiàn)的問 題。六、結(jié)語橋梁擁有非常古老的歷史，但仍是一個(gè)新穎的話題。由公元 605 年李春設(shè)計(jì)建造的趙州橋，到 2004 年竣工的橫跨黃浦江的上海盧浦 大橋，橋梁的形式在不斷的更新和變化。新材料的不斷出現(xiàn)，結(jié)構(gòu)形 式的不斷創(chuàng)新，讓橋梁設(shè)計(jì)仍然極具挑戰(zhàn)。拿到大賽要求，我們覺得這個(gè)課題還是有相當(dāng)大的挑戰(zhàn)性。 首先， 我們查閱了很多世界著名橋梁和各種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)大賽的橋梁模型， 經(jīng)過 反復(fù)研究，我們最終確定橋梁的形式為：上承式拱梁結(jié)合結(jié)構(gòu)。確定 形式后，我們先初步確定橋梁的大致