第五届大学生结构设计大赛计算说明书

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1、WORD完美整理版第五届大学生结构设计竞赛桥梁结构设计理论方案作品名称渊虹参赛队员王明雪、谭亚琪、代云龙、刘文杰、高一专业名称土木、土木、机械、机械、土木指导教师王生武大连交通大学结构设计竞赛组委会二〇一三年范文范例参考指导WORD完美整理版作品简介一、设计说明书本次结构赛的题目要求用白卡纸、白胶以及绳子制作一双跨双车道的桥，所制作的桥梁在满足承重要求的同时，还对小车行驶过程中的跨中挠度提出了要求，以保证桥梁的正常使用。与实际工程有所不同，我们不需要考虑桥梁在设计使用期的疲劳问题，只需要考虑强度与刚度的问

2、题。我们在研究了白卡纸的材料性能、参考了实际工程中的桥梁设计后，提出了备选桥梁形式的方案。1、材料性能分析1.1白卡纸白卡纸的抗拉性能较好，单层纸的抗拉强度在30MPa左右。反之，由于存在纸张局部失稳的问题，纸张的抗压性能相对较弱。与钢材等各向同性的材料不同，纸张属于各向异性的材料，其顺纤维方向的抗拉、抗压强度要比垂直纤维方向的弹性模量较大，通过试验可知其可以达到1400MPa~3200MPa，可以较好地控制桥梁在使用过程中的变形。1.2纤发丝线绳子是较好的抗拉材料，质量亦比较轻。但是绳子的初始弹性模量很

3、小，对桥梁的变形控制不利；同时在制作中使用绳子不易控制绳子的张紧程度，使用过程中绳子还存在松弛的问题。范文范例参考指导WORD完美整理版通过以上对材料性能的分析，为了更好地控制桥梁的变形，简化制作过程，我们决定放弃使用绳子，仅使用白卡纸作为桥梁的制作材料。2、桥梁形式分析实际工程中的桥梁多为斜拉桥（如杨浦大桥、徐浦大桥）、拱桥（如赵州桥、卢沟桥）、桁架桥（如武汉长江大桥）、梁式桥、吊桥等。结合题目，下面对几种较为可行的桥梁形式做一些分析。2.1斜拉桥斜拉桥是由承压的塔，受拉的索和承弯的梁体组合起来的一种结

4、构体系，可以看作是用拉索代替了支墩的一种多跨弹性支承连续梁形式。斜拉桥属于柔性结构，在荷载作用下即可产生明显的变形，但是其可以有很大的跨度，实际工程中斜拉桥的跨径一般在300~1000m左右。而这次的题目中要求制作的桥梁单跨跨径为一米左右，仅为小车长度的五倍，可以看作是小跨径的公路桥，且对刚度有较高的要求，所以斜拉桥并不合适于题目的要求。2.2拱桥拱桥是在竖直平面内以拱作为上部结构主要承重构件的桥梁。拱桥的最大主应力沿拱桥曲面作用，而拱桥垂直方向的最小主应力为零，可以较好地控制桥梁的竖直方向的位移。拱桥比

5、较适合于小跨度的公路桥，但是拱桥对于桥梁的基础要求，特别是水平方向的支撑要求比较高。然而题目所规定的支座条件弱，且不能提供水平力，虽然拱桥适合于小跨度的桥梁，但是在这样的制作条件下，拱桥显然也不是一个好的选择。范文范例参考指导WORD完美整理版2.3梁式桥梁式桥是我们最初选择的桥梁形式。在高跨比控制较好的前提下（1:8~1:12），梁式桥有较好的承载弯矩的能力，亦可以较好地控制使用中的变形。以桥的主梁为工字形截面为例，若两车道各用两根主梁支撑，高跨比为1:8，那么在纸张不失稳的前提下，各主梁均只需要一层纸

6、就可以满足承载力和变形的要求。但是主梁的稳定性是个不容忽视的问题，若增加主梁所用纸张的层数以提高主梁的稳定性，就可大大增加了桥梁的质量。同时，各个主梁之间的联系不紧密，在偏心受压的情况下，还存在着扭转的问题。鉴于以上问题，为了控制桥梁的用纸量和扭转变形，我们放弃了制作梁式桥的想法。2.4桁架桥桁架桥的结构体系中包括上弦杆、下弦杆和腹杆，上弦杆主要承受弯矩及压力，下弦杆承受拉力，而腹杆则可能交替承受拉力和压力。桁架桥具有比较好的刚度，对于控制桥梁的位移比较有利。在控制位移的同时，桁架桥对制作的要求相对比较低

7、，在较弱的制作条件下就可以达到使用的要求。制作桁架桥最大的优势在于用材比较省。虽然桁架桥对于制作工艺提出了较高的要求，但是相较之下，是比较符合题目要求的桥梁形式。经过以上的分析比较，我们决定选择桁架作为我们的桥梁形式。范文范例参考指导WORD完美整理版3、设计思路我们的桁架桥由四根桁架形式的主梁支撑，为了增强桥梁的整体性，减少其扭转变形，我们将同一车道的两根梁的下弦杆结合，成为一个矩形整体，内部由斜支撑杆支撑，提高其稳定性，同时两个车道的矩形下部叶用桁架形式连接，使整座桥形成整体桁架。在制作过程中，考虑到

8、纸张各向异性的特殊性，在制作过程中注意选取制作杆件及桥面纸张方向很重要。桁架桥的刚度可以很好的满足要求，在结构没有破坏的情况下，桁架的位移一般都不会超过所要求的范围。所以以下的计算分析将着重于桥梁强度的分析。总而言之，我们的桥梁的设计思路就是将分散的杆件结合成一个整体的结构，用精细的工艺制作一个简单的桥梁。在保证满足承载力和变形要求的前提下尽量减少用纸量，提高美观程度。4、结构特色在横向方向，我们结合桥梁的弯矩图，采用和弯矩图