龍骨橋結(jié)構(gòu)計(jì)算書(shū)

1、第1組設(shè)計(jì)說(shuō)明作品名稱 龍 骨 橋 作品重量 342g 建筑方案說(shuō)明1、建筑材料A0繪圖紙兩張、200ml白乳膠、線。在實(shí)際制作中常常在白紙之間刷上膠，故所用的材料實(shí)際上是紙膠復(fù)合材料。根據(jù)組委會(huì)提供的參考資料可知：紙膠復(fù)合材料受拉時(shí)呈現(xiàn)線彈性和脆性，受拉彈性模量為Et=2492.2 N/mm2， 抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值為ft=32.91N/ mm2；不失穩(wěn)的情況下紙管的抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值為Ec=7.18 N/mm2，是理想的彈塑性材料，受壓彈性模量為fc=831.89 N/mm2。其抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值ft是抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值fc的4倍多，可見(jiàn)紙的受拉性能比受壓性能好的多。2、建筑工程我們利用紙膠的抗拉、抗壓和抗

2、彎性能，及繩子的抗拉強(qiáng)度高而無(wú)剛度特點(diǎn)，用紙膠構(gòu)件和繩子搭制一座跨度1040mm，橋?qū)?90mm的紙橋。通過(guò)最合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，構(gòu)件尺寸設(shè)計(jì)和最優(yōu)的構(gòu)件組裝方法，以達(dá)到在用料最省的條件下盡可能地通過(guò)更大的荷載，使荷質(zhì)比達(dá)值最大，充分發(fā)揮材料的力學(xué)性能。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)說(shuō)明1、結(jié)構(gòu)的選型按設(shè)計(jì)要求，小車的速度較慢，故可以不考慮荷載的動(dòng)態(tài)效應(yīng)，即把每一時(shí)刻的荷載都當(dāng)作靜荷載處理。小車從桿的一端移到另一端，內(nèi)應(yīng)力最大處的包絡(luò)圖如右圖所示，為一拋物線方程y=-(x-1/2)2+1/2,取其為設(shè)計(jì)拱軸線，在拱的構(gòu)造上我們用三根桿做成梯形來(lái)代替合理拱軸線。拱橋按橋面的位置分為上承式，中承式，下承式。上承式橋優(yōu)點(diǎn)是橋

3、面系構(gòu)造簡(jiǎn)單，拱圈與墩臺(tái)的寬度較小，橋上視野開(kāi)闊，施工方便；缺點(diǎn)是橋梁的建筑高度大，縱坡大和引橋長(zhǎng)。一般用在跨度較大的橋梁。中承式橋的優(yōu)點(diǎn)是建筑高度較小，引道較短；缺點(diǎn)是橋梁寬度大，構(gòu)造較復(fù)雜，施工也較麻煩。下承式橋的優(yōu)點(diǎn)是橋梁建筑高度很小，縱坡小，可節(jié)省引道長(zhǎng)度；缺點(diǎn)是構(gòu)造復(fù)雜，拱肋施工麻煩。一般用于地基差的橋位上。按照有無(wú)水平推力分可分為有水平推力和無(wú)水平推力。在豎向荷載作用下拱腳對(duì)墩臺(tái)無(wú)水平推力作用的拱橋。其推力由剛性梁或柔性桿件承受，屬于內(nèi)部超靜定、外部靜定的組合體系拱橋。適用于地質(zhì)不良的橋位處，墩臺(tái)與梁式橋基本相似，體積較大，只能做成下承式橋，建筑高度很小，橋面標(biāo)高可設(shè)計(jì)的很低，降低

4、縱坡，減小引橋長(zhǎng)度，因此可以節(jié)約材料。但是，結(jié)構(gòu)的施工比較復(fù)雜。在豎向荷載作用下拱腳對(duì)墩臺(tái)有水平推力作用的拱橋。水平推力可減小跨中彎矩，能建成大跨度的橋梁。造型美觀，城市橋梁一般優(yōu)先選用，可做成上承式、中承式橋。缺點(diǎn)是，對(duì)地質(zhì)要求很高，為防止墩臺(tái)移動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)，墩臺(tái)須設(shè)計(jì)很大，施工較麻煩。我們知道在紙橋加載的時(shí)候，并沒(méi)有提供水平力，由這一點(diǎn)在綜合考慮以上兩方面我們采取的是下承式拱橋。主拱和承梁的截面選擇，為了制作方便我們統(tǒng)一選擇了圓形。在主拱和橋梁之間我們用5根繩子來(lái)傳遞拉力，其中在結(jié)構(gòu)中心附近我們將1根繩子做成十字交叉型，主要考慮提高繩子的穩(wěn)定性和傳載傳荷能力。主要是水平拱桿和橋梁之間的那2根繩

5、來(lái)傳力，另兩根繩主要是為了位置梯形拱的穩(wěn)定，當(dāng)然也能傳遞共和梁之間的力，所以從側(cè)面看橋的形式是這樣的然后就是拱的橫向連接問(wèn)題，我們用桿和繩來(lái)維持橫向聯(lián)系?？v向的切力不會(huì)很大所以只是靠桿和兩品拱之間的剪切力來(lái)維持。以上就是我們的結(jié)構(gòu)選型。2、荷載分析此模型采用下承式拱橋，為簡(jiǎn)化模型的制作難度，使用三根桿件做成近似拱形。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，模型所受荷載主要為移動(dòng)荷載，在實(shí)驗(yàn)條件下，可不考慮水平荷載的影響。在上述前提下，設(shè)計(jì)時(shí)可適當(dāng)減少水平3、內(nèi)力分析在荷載作用在下梁中心位置時(shí)結(jié)構(gòu)內(nèi)部彎矩如圖所示。此時(shí)，結(jié)構(gòu)內(nèi)部的軸力如圖其中紅色區(qū)域?yàn)槭芾瓍^(qū)域，藍(lán)色區(qū)域?yàn)槭軌簠^(qū)域。剪力圖如下。4、計(jì)算簡(jiǎn)圖 5、承載能力估

6、算在結(jié)構(gòu)下梁中心處受到10千克力作用時(shí)，上面拱形梁受到最大壓應(yīng)力為10.88MPa,按照線形比例關(guān)系，當(dāng)紙桿達(dá)到其抗拉極限32.91N/mm2 時(shí)，其承受的荷載應(yīng)為30千克。但考慮到實(shí)際情況，紙有可能出現(xiàn)受壓情況，失穩(wěn)情況，而且紙膠復(fù)合材料與紙的力學(xué)性能有著很大不同，所以實(shí)際承載應(yīng)該小于30千克。第2組設(shè)計(jì)說(shuō)明作品名稱 簡(jiǎn)約之美 作品重量 210g 隊(duì)伍名稱 王者歸來(lái) 學(xué)生姓名 孫揚(yáng) 學(xué)號(hào) 1043310106 學(xué)生姓名 李欣 學(xué)號(hào) 1043310105 學(xué)生姓名 鐘坤 學(xué)號(hào) 1043310117 學(xué)生姓名 張宏全 學(xué)號(hào) 1043310128 建筑設(shè)計(jì)說(shuō)明一、建筑設(shè)計(jì)概念和建筑構(gòu)思建筑不僅是凝

7、固的音樂(lè)，更是一種語(yǔ)言，蘊(yùn)涵其中的建筑手法，通過(guò)構(gòu)件結(jié)構(gòu)形式和空間處理體現(xiàn)建筑美。我們從競(jìng)賽的要求與實(shí)際情況相結(jié)合的角度出發(fā)，綜合考慮橋的受力特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一座，美觀樸實(shí)的橋，名為“簡(jiǎn)約之美”“小橋流水人家”江南水鄉(xiāng)一直是美的代名詞，潺潺的流水，綠綠的稻田，尤其是那里的橋，給人們留下無(wú)限的遐想。那坐落在水鄉(xiāng)航道上的座座小橋，無(wú)一不輕巧、古樸、典雅。從橋的點(diǎn)滴中透出人與自然的和諧之美。我們正是從這點(diǎn)出發(fā)設(shè)計(jì)了“簡(jiǎn)約之美”，我們的橋小巧，輕盈，而且用簡(jiǎn)約的線條來(lái)表現(xiàn)我們的設(shè)計(jì)理念“人與自然的和諧之美”“簡(jiǎn)約而不簡(jiǎn)單”我們從結(jié)構(gòu)形式所體自然現(xiàn)出的簡(jiǎn)潔明快的風(fēng)格的基礎(chǔ)上； 根據(jù)紙的一些力學(xué)性質(zhì)，充分考慮

8、橋的整體受力情況；最終我們從受力最好的最簡(jiǎn)單的三角形入手。制作了“簡(jiǎn)約之美”?！昂?jiǎn)約之美”的整體外型是倒置的三角形，在橋面中間有一豎立的柱子并用紙帶聯(lián)系到了橋的兩端，巧妙的將荷載分擔(dān)給橋端支座。減小了撓度。兩端的紙帶用特殊方法進(jìn)行加固。這樣使橋的整體性增強(qiáng)、提高的抗載荷、抗傾覆能力。一、“彎弓射雕”“簡(jiǎn)約之美”外型獨(dú)特，橋梁和斜拉的紙帶猶如一支已拉滿的強(qiáng)弓；而橫跨中的支柱則是那即將離弦的箭，箭頭直指天際，不禁使人想起一代天驕成吉思汗彎弓射大雕的豪邁之情。即將離弦的箭恰是我們的愿望。希望我們的團(tuán)隊(duì)能夠騰飛，扶搖直上九萬(wàn)里。二、結(jié)構(gòu)選型 三角桁架 平面布置要求： 簡(jiǎn)單，規(guī)則，對(duì)稱。選擇工字梁作為主

9、橋面梁，有較高的抗彎能力。 抗豎向荷載布置 在主橋面梁，跨中截面處設(shè)置豎立柱，并用紙帶斜拉到橋體的兩端；以減少跨中撓度，增加橋體的承載能力。三、受力基本特征 整個(gè)橋體為空間梁柱共同工作的，主體橋梁為主要受力體，在跨中：運(yùn)用立柱和斜拉的紙帶分擔(dān)荷載，立柱承受向下的荷載并將其分給其上的紙帶，遂將荷載傳遞到兩端橋基上。四、模型制作工藝橋面主梁 主梁工字型采用特制矩形模具批量生產(chǎn)，然后拼接，粘貼而成。質(zhì)量高，速度快，養(yǎng)護(hù)效率高跨中立柱采用圓柱型結(jié)構(gòu)，充分利用圓柱的抗壓能力，提高立柱的強(qiáng)度。接點(diǎn)處理 運(yùn)用棉線捆綁 、箍扎，并且涂刷乳白膠加固定型。 提高 了接點(diǎn)的牢固性，提高結(jié)構(gòu)整體性。結(jié)構(gòu)計(jì)算書(shū) 計(jì)算簡(jiǎn)

10、圖1荷載分析由于小車緩慢行駛，忽略加速度，其荷載可視為靜荷載，設(shè)小車的重力為F牛頓；作用于小橋的跨中。計(jì)算跨中立柱和斜拉紙帶的受力、跨中撓度由Fn1、M1圖得：由M1圖和Mp圖得： 紙帶面積 A = 0.2*40 = 8(mm2)工字橫梁慣性距 I2433(mm2)由得：X1=0.43F當(dāng)F=50N時(shí)，X= 21.5 (N)跨中撓度 y= y 符合要求。2內(nèi)力分析 由上面計(jì)算可知：立柱受壓力 F=X1=21.5 (N) 紙帶受拉力 F=20.9(N)所以兩者均符合要求3 結(jié)論按荷載、受力分析，結(jié)構(gòu)可承受10KG重物。但是由于實(shí)際結(jié)構(gòu)剛度較弱以及做工較理想化有一定的人為差距，所以人為規(guī)定一個(gè)“保

11、守系數(shù)”KP=0.8所以 結(jié)構(gòu)承重 F100*0.8=80 (N)第3組設(shè)計(jì)說(shuō)明作品名稱 斬天塹 作品重量 195g 隊(duì)伍名稱 7625 學(xué)生姓名 黃理卿 學(xué)號(hào) 1033320109 學(xué)生姓名 劉思嘉 學(xué)號(hào) 1033320113 學(xué)生姓名 徐 訓(xùn) 學(xué)號(hào) 1033320118 學(xué)生姓名 陳 偉 學(xué)號(hào) 1033320129建筑方案說(shuō)明 “一橋飛架南北，天塹變通途。” -毛澤東水調(diào)歌頭 游泳1、橋梁美學(xué)我國(guó)著名的橋梁美學(xué)專家唐寰澄先生在他的文章和專著中多次提到：三個(gè)統(tǒng)一性是美的最重要屬性，即（1）感性和理性的統(tǒng)一或感覺(jué)和意識(shí)的統(tǒng)一；（2）客觀和主觀的統(tǒng)一或人和自然的協(xié)調(diào)統(tǒng)一，即“天人合一”的思想；（

12、3）形式和內(nèi)容的統(tǒng)一，即造型和功能的一致。歸納起來(lái)的橋梁美學(xué)法則是：多樣和統(tǒng)一，協(xié)調(diào)與和諧，以及比例、對(duì)稱和韻律。另外還有八綱：即剛?cè)?、?dòng)靜、陰陽(yáng)、虛實(shí)的矛盾和統(tǒng)一。我的理解是，設(shè)計(jì)要有新意，要同中有異，要和環(huán)境協(xié)調(diào)，結(jié)構(gòu)要求比例勻稱，沒(méi)有畫(huà)蛇添足的多余裝飾，有動(dòng)感和韻律美。2、“斬天塹”的簡(jiǎn)介“天塹”即指長(zhǎng)江，古來(lái)就是南北交通的天然屏障。“斬天塹”，設(shè)計(jì)為跨越在滾滾長(zhǎng)江之上的過(guò)江大橋，堪與南京長(zhǎng)江大橋武漢長(zhǎng)江大橋、江陰長(zhǎng)江大橋相媲美。全橋長(zhǎng)1040毫米，橋?qū)?60毫米，橋高230毫米，跨中豎支柱長(zhǎng)210毫米，兩側(cè)小短柱長(zhǎng)為80毫米。橫梁截面為：高21毫米，寬15毫米，厚1毫米。橋的橫梁和豎直

13、柱為箱型紙管拼接成整體，下部的懸索為1*15毫米紙帶，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔合理，充分發(fā)揮材料的性能：紙帶的抗拉強(qiáng)度高，用來(lái)受拉；箱型紙管的箱型截面適合于受彎受剪。剛中有柔，柔中有剛，動(dòng)中有靜，靜中有動(dòng)，剛?cè)岵?jì)，動(dòng)靜結(jié)合，蘊(yùn)涵著一種凝固的動(dòng)感和韻律美；結(jié)構(gòu)比例勻稱、與自然環(huán)境相協(xié)調(diào)。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)說(shuō)明結(jié)構(gòu)選型表1 各種結(jié)構(gòu)形式優(yōu)缺點(diǎn)的比較結(jié)構(gòu)形式優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)桁架桿件只受拉、壓，材料性能得到充分利用結(jié)點(diǎn)不易處理，制作難度大，重量大拱受力合理、承載力大制作復(fù)雜、重量大、計(jì)算煩瑣（移動(dòng)荷載作用下，拱處于彎、剪、壓復(fù)合受力狀態(tài)，穩(wěn)定性不好驗(yàn)算）懸索、斜拉主要受拉，材料性能得到充分利用，跨度可以很大、重量輕繩的彈性大，加載儀

14、器不提供錨固，制作要求苛刻，無(wú)法實(shí)現(xiàn)索拱受力明確、合理，材料性能得到充分利用，重量輕，制作簡(jiǎn)單、上承式受荷便于小車通過(guò)，計(jì)算方便對(duì)受拉紙帶制作、安裝要求高 通過(guò)上表的比較，我們?nèi)菀椎贸鼋Y(jié)論：無(wú)論從受力、重量、制作加工各個(gè)方面看，索拱結(jié)構(gòu)都是我們的最佳選擇。我們的橋采用的結(jié)構(gòu)形式為：索拱結(jié)構(gòu)。外圍是大的索拱，內(nèi)層是兩個(gè)小的索拱，這樣索拱套索拱的結(jié)構(gòu)形式可以減小橫梁的計(jì)算長(zhǎng)度，防止橫梁的局部破壞，提高了梁的承載力；換言之，在相同承載力條件下，與不加兩個(gè)小索拱的情況相比，它減少了橫梁的卷紙的層數(shù)，減輕了重量。結(jié)構(gòu)受力明確合理，可以從荷載的傳遞方式看出：小車荷載橋面板橫梁2、結(jié)構(gòu)模型簡(jiǎn)化與荷載分析（1

15、）結(jié)構(gòu)模型簡(jiǎn)化：橋的兩榀索拱結(jié)構(gòu)，由長(zhǎng)度、大小、粗細(xì)完全相同的桿件或紙帶組成，兩榀之間的連接通過(guò)三根很薄的聯(lián)系桿連成整體。由于三根聯(lián)系桿很薄，我們可以忽略他們的承載作用，把我們的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化為平面結(jié)構(gòu)來(lái)分析，簡(jiǎn)化后的計(jì)算簡(jiǎn)圖如下圖。二號(hào)均為壓桿，截面型式一樣，如右圖所示：受拉彈性模量：抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值：受壓彈性模量：抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值：一號(hào)桿長(zhǎng)：，二號(hào)桿長(zhǎng)：一、二號(hào)桿面積：一、二號(hào)桿的慣性矩：（2）荷載分析：橋受的荷載主要是：小車和砝碼的移動(dòng)動(dòng)荷載（橋本身和橋面板的重量很輕，可以忽略不計(jì)）。小車通過(guò)電機(jī)的牽引緩慢勻速地通過(guò)橋面，速度約為v=2cm/sec，由于這個(gè)速度很慢，我們認(rèn)為每一時(shí)刻小車的荷載為靜

16、荷載，動(dòng)力效應(yīng)很小，但為了安全起見(jiàn)，我們還是粗略的估計(jì)一下荷載的動(dòng)力放大系數(shù)D=1.1。由簡(jiǎn)支梁的彎矩包絡(luò)圖可知：小車在最不利位置時(shí)的靜荷載分布圖如下圖所示：靜荷載最不利位置簡(jiǎn)圖內(nèi)力分析計(jì)算以下是用結(jié)構(gòu)力學(xué)求解器得到的各內(nèi)力圖。簡(jiǎn)化模型軸力圖剪力圖彎矩圖4、構(gòu)件承載力穩(wěn)定性驗(yàn)算（1）承載力驗(yàn)算： 故一、二號(hào)桿滿足承載力要求。（2）穩(wěn)定性驗(yàn)算：按最不利情況驗(yàn)算，一端固定，一端自由，取= 2。如圖所示：回轉(zhuǎn)半徑二號(hào)號(hào)桿：壓桿長(zhǎng)細(xì)比：允許長(zhǎng)細(xì)比：二號(hào)桿屬于細(xì)長(zhǎng)桿（大柔度桿），故采用歐拉公式：故二號(hào)桿不會(huì)被壓曲；一號(hào)桿比二號(hào)桿短，其臨界荷載比二號(hào)桿大，故一號(hào)桿也滿足穩(wěn)定驗(yàn)算。（3）紙帶的抗拉驗(yàn)算：所有

17、紙帶截面型式一樣，故只需驗(yàn)算一條紙帶即可。紙帶厚，寬，其橫截面積，故其抗拉承載力滿足承載力要求。（4）橋面梁的驗(yàn)算：在我們?cè)O(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)型式中，橋面梁為一連續(xù)梁，處于壓、彎、剪復(fù)合受力狀態(tài)，若不考慮剪力的影響，可以認(rèn)為橋面梁處于偏心受壓狀態(tài)。橋面梁受力簡(jiǎn)化過(guò)程圖在最不利荷載作用下，如果受壓側(cè)和受拉側(cè)的應(yīng)力均小于紙的抗壓、抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，則橋面梁不會(huì)破壞。滿足受拉承載力驗(yàn)算。滿足受壓承載力驗(yàn)算。5、結(jié)構(gòu)變形驗(yàn)算以下是用有限元軟件ANSYS，計(jì)算得到的結(jié)構(gòu)位移圖：變形前變形后ANSYS算得的各結(jié)點(diǎn)的豎向位移文件如下：PRINT U NODAL SOLUTION PER NODE * POST1 NODAL DEGREE OF FREEDOM LISTING * LOAD STEP= 1 SUBSTEP= 1 TIME= 1.0000 LOAD CASE= 0 THE FOLLOWING DEGREE OF FREEDOM RESULTS ARE IN GLOBA