桥梁设计大赛计算书.doc

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1、桥梁结构设计理论方案作品名称参赛学校参赛队员、专业名称指导教师大庆市大学生结构创新设计竞赛组委会二○一一年目录1设计说明根据本次大赛要求及所提供材料，本组成员秉承“安全、节省、承载力高、美观”原则，设计此桥梁“步步精心”结构模型。桥梁以桁架结构为主体，尽量做到受力均匀，拉杆和压杆合理分布。其中“杆件承载力充分利用和桥身自重轻”为此设计最大亮点。1.1设计构思在接到比赛要求最初，本组成员经过分析得出“材料本身承载力强、材质轻、只适合粘结”的结论，初步确定以“平面结构，主梁主要承力，桁架结构”为大体思路。为减轻桥梁自重，我们决定尽量多用拉杆，但在模拟加载过程中，发现此想法难以

2、实现。遂改用另一种减重方式，即尽量使每根杆都受力均匀，所受最大拉（压）力和最小拉（压）力差值最小。1.2结构选型在确定“平面结构、主梁主要承力、桁架结构”为大体思路后，设计步骤如下：①根据大赛尺寸要求，初步确定桥梁的跨度、高度和宽度；②根据以往经验和资料分析，设计出桥梁大体模型；③以实际情况为准，提取计算简图；④利用结构力学求解器软件对结构进行模拟加载，计算出各杆所承受轴力及弯矩，以确定桥梁各单元杆件截面尺寸；⑤结合杆件密度，取最优荷重比。1.3详细计算1.3.1设计资料根据大赛要求，可以确定桥梁跨度L=1300mm，净跨L0=1200mm，桥宽B=185mm，由经验和资

3、料初步确定桥高H=150mm，竖向腹杆间距由比赛小车车轮中心轴距离确定，选为120mm。1.3.2桥梁形式、尺寸及支撑布置根据上述原则，最终确定桥梁如图1-1,1-2图1-1正视图图1-2俯视图1.3.3基本假定①节点粘结处按照铰接计算；②支座简支；③荷载取为竖直集中静荷载，分别作用在结点和单元上④考虑动荷载影响，计算荷载取为实际荷载1.2倍；⑤忽略桥本身自重，⑥材料材质均匀。⑦定义杆件单元和结点码，下文提到单元和结点码皆基于此定义图1-41.3.4荷载模拟①桥面板近似为均布荷载q=mg/l0=3×10/1300=0.0125N/mm②一辆小车加砝码P’=120N，考虑动

4、荷载影响P=1.2P’=144N③一辆小车在两榀桁架上荷载分配的原则如图1-5图1-5P1=0.25P=36NP2=0.75P=108N考虑每辆小车轮距，将一辆小车及砝码的荷载简化为两集中力Q1和Q2Q1=0.5P2=18NQ2=0.5P1=54N则桥梁计算简图如图1-6图1-6按照图1-6将计算简图输入结构力学求解器，将集中荷载依次作用在各单元中间位置，得出各杆件所受最大轴力和弯矩值，依次列在附表1-5，再将集中荷载依次作用在各结点位置，同样得出各杆件所受最大轴力和弯矩值，依次列在附表6-9，此数据作为设计最终依据。1.3.5计算示例材料性质：木材E=Mpa，抗拉强度f

5、t=30MPa查阅有关资料可知：木材抗压强度fc=30MPa，抗弯强度fm=20MPa，抗剪强度fv=2Mpa从表1-9可知，杆件单元共分为三类。一、受拉构件；二、受压构件；三、压弯构件。以下每类杆件均举例说明计算过程，其余不再列出。另在结构中还存在拉弯和受剪构件，因其对结构影响较小，在此忽略不计。一受拉构件，以单元1为例A>==8.5mm2选截面2×6mm的杆件二受压构件，以单元23为例试选5×6杆件i==62.5/30=2.1λ==192/2.1=133.02>75ψ=3000/λ2=0.17A>N/ψfc=＝19.7mm2选5×6杆件合适。三压弯构件，以单元10为例

6、试选如图1-7截面图1-7由图1-7知：A=52mm2，Ix=497.33mm4，ix=3.093mm，Iy=169.33mm4，iy=1.81mm，Wx==99.47由图1-1知：Lox=l0y=120mm强度验算：==0.98<1强度满足要求刚度验算：λx=Ix/ix=120/0.093=38.8<[λ]=120λy=ly/iy=120/1.81=66.3<[λ]=120刚度满足要求稳定性验算：A平面内K===0.489Φm=（1-K）2=0.261Φ=1/[1＋(λ/80)2]==0.81N/(ΦΦmA)==25.71N/mm2

7、yAfc)+[M/(ΦlNfm)]2==0.4<1满足稳定性要求图1-7截面适合。其余各杆件算法与此相同，不再一一列出，以上公式皆取自《木结构设计规范GB50005—2003》。最终各单元截面选择见附表10、11。2节点设计2.1节点构思经过实验，胶水粘结可以承受的力比材料本身的只强不弱，但考虑到构件用胶水粘结时，接触面积较小，为增加构件之间粘结强度，用1×55mm木板做成垫片，辅助粘结。同样原理，细杆与其他杆件连接时，不用正面粘结，而用侧面。且为增加胶结强度，特别对结点粘结处进行砂纸打磨处理，以增加其摩擦力。并对于多结点交接