历届结构设计竞赛优秀作品选登(桥梁).doc

历届结构设计竞赛优秀作品选登（桥梁结构设计）岸芷汀兰鲍凯曼、邰 昊、吴小亮1、设计说明书方案构思唐朝诗人杜牧一首阿房宫赋，以浓墨重彩之渲染，为世人勾绘出一座前所未有、宏伟壮观的宫殿建筑群，而“项羽焚烧阿房宫”的扑朔迷离，更是让这座“空中楼阁”成为人们魂牵梦绕的千古之谜。“长桥卧波，未云何龙？覆道行空，不霁何虹？”长桥卧波的妩媚，点缀了这座富丽堂皇的神秘宫殿，也成为后世造桥人心怀向往的审美典范。于是，在阿房之后，有了西子湖里的断桥残雪，有了颐和园里的玉带涟漪，有了“天下第一桥”赵州桥立千年而不倒的雄齐伟岸！桥，因水而生；水，以桥而名。于是，我们在府南河上，架起这座“不霁何虹”的长桥，在“岸芷汀兰”的淡淡幽香里，在天府蓉城的淡妆素裹里，去追寻阿房宫的堂皇，去诠释美的定义。图1-2 河北赵州桥图1-1 颐和园玉带桥1.1 结构选型构思跃然纸上，我们开始迫不及待地选择结构型式。为了能实现承载要求，我们做了以下几个方案分析： 1.1.1拱形结构拱桥造型优美，非常吻合我们的构思。力学上其适于承受均布荷载，但考虑到木材的脆性，拱圈不易制作，而分段拼接的方式又增加了节点，自重增加。该结构为备选模型之一，见图1-3。1.1.2三角桁架结构在跨中集中荷载作用下，采用稳定性较高的三角形桁架，非常符合加载要求，且挠度控制较好，因此是备选方案之一。见图1-4。1.1.3鱼腹形桁架结构拱形桁架结构，结合了拱和桁架二者的优点，造型较为优美。但杆件较多，节点也复杂，考虑到木材的特点，制作复杂。见图1-5。1.1.4最终选型经过反复试验和甄选，我们决定从构思出发，以拱形为基本要求，结合桁架的特点，我们采用了如下结构型式。图1.2河北赵州桥图1-4 三角桁架图1-3 中承式拱桥图1-6 最终模型图1-5 鱼腹形桁架1.2材料试验1.2.1木材强度与含水率 经过查阅资料，我们发现：木材顺纹抗拉强度最高，抗弯、顺纹抗压强度稍差。由于木材的不均匀性，决定了其许多性质的各向异性，在强度方面尤为突出。木材含水率在纤维饱和含水率以下时，含水率越高，强度越低:含水率在纤维饱和含水率以上时，木材强度基本无变化。为了避免含水率变化对材料变化带来不利影响，木桁架尽可能采用干燥的木材。1.2.2实际工程节点连接形式在实际工程中，木结构节点的连接如图3.2所示。轻型木析架结构分析按照简化方法模型得到杆件内力，设计时，轴力取杆件两端轴力;弯矩取杆件跨间和两端弯矩的最大值。轴力的方向取为杆件几何中心线一致图1-7 实际木结构节点形式1.2.3木材的力学性能表1-1 木材顺纹力学性能（变异较大）内容标准值/MPa弹性模量7000 120000抗拉130抗压45 70抗弯90 140抗剪7 15注：表中数据仅为相对大小的参考值，不可用于精确力学计算。1.3结构设计表1-2 各杆件尺寸表编号截面积/mmmm长度/mm木材颜色1 34600 浅2600 浅3620 深4620 深5550 深6550 深7454 浅81003 浅91704 浅101.54608浅1.4制作工艺1.4.1截杆裁杆是模型制作的第一步。经过试验我们发现，截杆时应该根据不同的杆件，采用不同的截断方法。对于质地较硬的杆应该用工具刀不断切磋，如同锯开；而对于较软的杆应该直接用刀刃用力按下，不宜用刀口前后切磋，易造成截面破损。1.4.2端部加工端部加工是连接的是关键所在。为了能很好地使杆件彼此连接，我们根据不同的连接形式，对连接处进行处理，例如，切出一个斜口，增大连接的接触面积；刻出一个小槽，类似榫卯连接等。1.4.3拼接拼接是本模型制作的最大难点。由于是杆件截面较小，接触面积不够，乳胶干燥较慢等原因，连接是较为困难的。我们采取了很多措施加以控制，如用铁夹子对连接处加强压、用蜡线进行绑扎固定等。对于拱圈的制作，则预先将杆件置于水中浸泡并加上预应力使其不断弯曲，并按照先前划定的拱形不断调整，直至达到理想形状。在拱脚处处理时，先粘结一个小的木块，让后用铁夹子施加很大的压力，保证连接能足够牢固。乳胶粘接时要不断用电吹风间断性地吹风，使其尽快形成粘接力，达到强度的70%（基本固定）后即可让其自行风干。1.4.4风干模型制作完成后，再次用吹风机间断性地吹粘接处，基本稳定后，让其自然风干。1.4.5修饰在模型完成之后，为了增强其美观性，用砂纸小心翼翼的将杆件表明的毛刺打磨光滑，注意不要破坏结构，以免影响其稳定。带槽的小木块，类似榫卯结构1.5特色处理树皮作节点板，剪成翅膀状，贴合构思受拉腹杆采用双片薄木片对夹的形式连接图1-8 特色节点处理2、设计计算书2.1计算模型2.1.1支座简化由于模型加载条件为跨中竖向集中荷载。结构整体变形表现为受弯。考虑平衡的极限状态，我们假定底座为四个简支制作。如图8.1.1所示。2.1.2杆件简化各杆件均采用3mm4mm矩形截面。分析材质选用较为均质的steel，其中由于不考虑自重影响，将密度设为0 kg/m3。2.1.3荷载简化最大加载值F M a x=15/2=7.5 kg。2.1.4模型建立运用AutoCAD建立模型，保存为dxf文件导入SAP2000软件进行模型的荷载计算和受力分析。图 8.4.1 结构模型图2.2荷载分析横向水平荷载大小控制在4.5kg左右，以两个集中荷载的形式对称加载（各2.25kg,即22.5N）在模型顶部。通过对单个杆件的理论计算，总体看来要保证结构不破坏，主要是要解决好杆件的受压失稳和各节点的受力情况。图1-9 结构模型图2.3内力分析图1-11 剪力图2=2图1-10 截面轴力图图1-13 扭矩图图1-12 剪力图3=3图1-15 弯矩图3-3图1-14 弯矩图2-22.4承载能力估算由于受到制作误差的限制，我们估计的最大承载力在15kg，达到满载，但挠度会较大。2.5破坏形式估计1、拱脚处的木块粘接力不够，推力将其剪开，导致丧失承载力；2、受拉杆被拉断；3、受压杆受压失稳破坏；4、结构侧向稳定性不够，受扭破坏。【参考文献】【1】增田一真（日）著，任莅棣译 结构形态与建筑设计 中国建筑工业出版社 2002.11【2】Mechanics of Materials (美)J.M.盖尔著 机械工业出版社【3】Engineering Mechanics STATICS Andrew Pytel Jaan Kiusalaas 著 清华大学出版社【4】结构概念分析与SAP2000应用 彭俊生 罗永坤 主编 成都：西南交大出版社 2005.10做大一点，成拱桥,做三层，中间一层用多个小圆柱, 然后再下面放一个架子撑住。把纸折成正六边形就可以了，最坚固，然后再做成拱形。六边形和拱形都是很稳的结构，飞机翼的内部也有六边形的结构。把纸裁剪成小块 做成一个个小纸桶 几个纸筒粘合在一起做成捆绑 立住当桥墩 并排纸筒粘合在一起 成子弹带装 做桥面 如果桥面承重不到标准 可以在上面多铺一层 讲究点的可以用纸捻成很细的纸绳做出拉索（看看金门大桥那样） 这样是最节约纸张就最大受力的状态/14558/2007/07/29/26851696197.htm先把纸卷成细的卷，要卷紧。