结构模型计算书.doc

第十届结构模型设计大赛承载组 计 算 书 作品名称：扶摇而上 队伍名称：九万里 参赛人员： 日 期：2016年4月19日 目录? 一、设计说明 1 1、赛题分析 1 2、结构选型 1 3、结构特色 3 二、方案设计 3 1、设计基本假定 3 2、模型结构图 4 3、主要构件材料表 5 三、结构设计计算 6 1、连续梁计算模型 6 2、单跨计算模型 9 3、侧向支撑计算模型 11 4、桥面计算模型 13 四、结构分析总结 ...................................14 一、设计说明 根据竞赛规则要求，我们从桥梁受小车移动荷载作用影响，桥梁材料主要承受压力、拉力和剪力等特性出发，考虑动载惯性力施荷和静力加载较大等情况，同时结合节省材料、经济美观，最不利面优化等原则，根据比赛提供的竹质材料和502胶水粘接材料，确定本组参赛的桥梁模型为桁架结构梁式桥。 1.赛题分析： 通过精读赛题，我们一致认为此次模型最关键的地方有三处： 1：山体模型与桥梁模型的连接方式。为了最大限度地减轻模型质量，我们的桥梁宽度决定采用120mm宽度，在搭接部分采用老师的建议，做一个“夹子”，夹住搭接平台。 2：桥梁的长度，形状以及河流的位置。桥梁曲线部分长2467mm,约占桥梁总长度的78%，河流所经地不能设立支撑，此处应根据小车运动过程中桥梁的受力情况进行分析，选取支撑点及确定不同支柱的承载力。 3：桥梁的整体质量与强度。比赛中，模型的质量占了60%的分数，因此，在保证结构稳定性的前提下，小车的质量是最关键的部分。鉴于竹皮具有良好的抗拉性能，因此重心更多的放到抗压性上。 结构选型： 整体概念：在尺寸符合比赛规则的前提下，坚持轻质、高强、可靠的原则，本结构桥梁以虎口为起点隧洞为终点，整个桥段约3177mm，其中弧线段2472mm，直线段705mm;起点与终点的高差通过均匀爬坡完成，爬升坡度约为4o；将桥墩设置在河流两侧各两对，尾段跨中一对，同时适当增加柱间支撑；为了满足桥梁抗弯刚度及抗剪的要求，我们选择了变截面桁架梁，梁底部以弧段呈现；桥梁两端与踏板搭接处以槽型的“夹子”加固搭接，以防脱落。 ①结构外形 结构概念图 典型跨段概念图 ②材料截面选择 本结构支撑选用T形梁，矩形结构，具有良好的刚度，桁架部分用角钢进行连接，既轻质，又能满足强度的要求。在受拉部分利用竹皮自生的优势，用条状细竹皮链接构件。杆件截面尺寸会根据受力情况进行调整，以在满足刚度条件下最大限度减轻质量。 具体的材料截面及使用情况见主要构件材料表。 ③节点设计 结构特色 （1）模型跨间梁为桁架结构，受力简单明了易于分析，适合存在多种复杂荷载的情况，同时梁截面惯性矩大抗弯刚度好。 （2）模型应用了T型构件和角钢形构件，充分减轻了构件的重量，又保证了构件的强度。 （3）桥梁跨段下部做成弧形结构，充分利用了竹皮的抗拉性能。 三：方案设计 设计基本假定 （1）桥面连续均匀，忽略结构自重。 （2）支座按刚节点计算，桁架之间的节点按铰接点计算。 （3）加载时，忽略桥面坡度的影响，小车静荷载以竖向集中荷载形式，动荷载以水平惯性力形式，作用在桥面，然后传递给各个杆件。 （4）内力计算以单跨计算模型为主，连续梁及侧向支撑计算模型为辅。 （5）利用“化曲为直”思想将桥面弧线段简化为直线段计算。 模型结构图 取典型跨段为计算基础 正视图 俯视图 侧视图 主要构件材料表 构建名称 标号 形状 尺寸(mm) 长度（mm） 数量 面积（mm2) 矩形支撑 1 10*7 （双层） 267.8 2 36420.8 2 309 2 42024 3 359.4 2 48878.4 4 397.2 2 54019.2 5 429.1 2 58357.6 角钢 1—5 6*6 （双层） 75+151+100 +151+75 2 26496 T形梁 1—5 宽度：120 翼缘：10 腹板：7 厚度：10 10 5 20400 备注 底座，夹子以及其他细小杆件花费材料较少，因而未作计算 结构设计计算 连续梁计算模型 将整个桥梁简化为直线型6跨等跨连续梁，将小车视为移动荷载（P=40N/2=20N）,得计算简图： 荷载作用在边跨跨中时的弯矩图与剪力图如下: 荷载作用在第二边跨跨中时的弯矩图与剪力图如下: 荷载作用在第三边跨跨中时的弯矩图与剪力图如下: 由上述分析可知，荷载作用于边跨跨中时为荷载最不利位置，边跨跨中为最不利截面。模型制作时应注意边跨的制作与强度验算。 单跨计算模型 为简化计算，取桥梁