广工第十三届力学架构大赛计算书.doc

广东工业大学 第十届力学架构大赛 设计说明书 作品名称：参赛学院：土木与交通工程学院 参赛队员姓名：专业班级：指导老师：梁靖波 2013年5月日 设计特色 方案的构思 比赛要求要点:单跨高架桥、跨度适中，只提供竖向承载力，不提供水平约束 所用材料：纸、白乳胶决赛测试项目：跨中静荷载（50kg为上限），挠度上限为20mm，载重比占评分极大比重 材料性能特点分析 1：用白乳胶作为粘合剂的纸杆件受拉受压性能好、抗弯矩抗剪力性能极差；纸带（若干层纸叠合而成）受拉性能好且质轻。 对策：选择杆件受弯矩剪力少或没有的结构（桁架）；且将上弦杆做成拱，这样比跨度、荷载相同的梁的弯矩、剪力都要小，尽管有较大的轴向压力。 2：棉线作为局部加强稳固作用 比赛测试项目分析 1:不超挠度上限的前提下，载重比占评分极大比重，即在能承载一定荷载挠度不超限的前提下，节约结构用料为第一要务； 对策：做出多个同等载重能力的模型方案，选择预计用料最省的方案进行测试改善；本着按重配斤 2:跨中静荷载，即局部受力，桁架结构腹杆受拉受压分明 对策：选用平行弦桁架，且以弦作为桥面时，部分腹杆只受拉力，可用纸带替代杆件即可，相比纸杆件用料减少84% 比赛要求分析 1：跨度适中，只提供竖向承载力，不提供水平约束，单跨 对策：只提供竖向承载力，不提供水平约束，故不能做拱桥；跨度适中，故采用悬索桥、斜拉桥，不经济；经考虑，平行桁架桥最为合理 2：高架桥 对策：高架桥易因为桥墩失稳变形而引起整体变形破坏，故桥墩要采用稳定性相对大的大截面杆件，桥墩之间必须形成桁架或框架结构 结构设计原则：安全（载重40kg，挠度不超20mm） 经济（最大限度减少桥梁用料） 合理（按重配斤，即每个杆件甚至杆件的不同位置受力多大，就给他匹配的材料） 美观（结构简洁，线条清晰，阳刚有力） 使用计算软件：力学求解器（清华大学研制） 主要参考文献：结构力学/李廉锟主编 钢结构设计原理/张耀春主编 造型和结构体系 经过多次探讨并试验，我们最终采用平行弦桁架作为我们的结构，且以弦杆作为桥面，，腹杆中的压杆用刚度杆件 桥墩用稳定性较优的大截面杆件，而其他杆件用普通截面杆件即可，桥面的横隔梁和 维稳结构则用小截面的杆件即可满足强度要求。 其他特色方面的说明 1.纸带与杆件连接处加固，防止在连接处因所受剪力大而断裂； 2.局部受压部位内含加劲肋，加强抗压、抗弯能力； 3.为了达到杆件材质均匀的目的，制作矩形杆件时，我们尽量使杆件的每一层都纸均匀贴紧，并以棱角锐利程度作为判定杆件质量指标。经拉压试验，棱角越锐利的杆件受压、抗弯能力越强；， 4.粘接时，打磨白卡纸光面，增大摩擦系数，使得粘结更紧密。 二．方案图 （1）结构整体布置图 （）方案效果图 三．计算书 （1）结构选型 根据本次比赛的规则要求（模型桥面中部受集中荷载和只提供竖直支撑等特点），我们选择了拱式平行弦桁架结构。因为桁架的各杆件受力均以单向拉、压为主，通过对上下弦杆和腹杆的合理布置，可适应结构内部的弯矩和剪力分布。由于水平方向的拉、压内力实现了自身平衡，整个结构不对支座产生水平推力。 （2）计算简图 主视图受轴力图主视图受力图主视图受图 （3）内力分析（4）桥梁净跨：810mm 桥梁质量：约1g 承载能力估算：45KG