结构模型计算书

1、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11、赛题分析12、结构选型13、结构特色3二、方案设计31、设计基本假定3 2、模型结构图43、主要构件材料表5 三、结构设计计算61、连续梁计算模型62、单跨计算模型93、侧向支撑计算模型114、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，

2、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

3、拉性能，因此重心更多的放到抗压性上。2. 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。结构外形结构概念图典型跨段概念图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

4、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。 节点设计3、 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1、 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

5、，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。2、 模型结构图取典型跨段为计算基础正视图俯视图侧视图3、 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110*7（双层）267.8236420.823092420243359.4248878.44397.2254019.25429.1258357.6角钢156*6（双层）75+151+100+151+75226496T形梁15宽度：120翼缘：10腹板

6、：7厚度：1010520400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3、 结构设计计算1) 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。2) 单跨计算模型 为简化计算，取桥梁模型中跨度为500mm，两端柱高350mm的桥段为计算模型，考虑小车竖向静荷载的同时考虑小车启

7、动和制动时的水平惯性力，加上忽略了桥面坡度的影响，应进行一定修正，故取跨中竖向荷载P=2N，水平荷载F=1N，并由模型结构图得计算简图。通过计算得到其弯矩、剪力、轴力及位移图： 由上述分析可知，各杆件的内力及位移均在允许范围之内，所以该结构满足承载要求。 同时，考虑到制作时的误差，桥墩柱的弯矩和剪力较大，制作时应注意桥墩柱的强度验算；桁架梁主要以承受轴力为主，制作时应充分利用竹皮的顺纹强度；荷载变形以水平位移为主，制作时应注意控制桥梁水平位移。3) 侧向支撑计算模型虽然“化曲为直”简化了计算，但与实际情况仍有较大差别，考虑到小车在弯道行驶时对桥梁的偏心荷载作用，应对桥梁侧向支撑承载进行验算。取

8、荷载P=2N，最大偏心距偏e=50mm，则偏心矩M=100N.mm，得计算简图。经计算得其弯矩、剪力及轴力图 可见，桥梁侧向支撑的承载力也是满足要求的。4) 桥面计算模型考虑到小车行驶的不确定性，应对桥面进行承载及扭转验算。取桥面宽120mm，桥面平均高度50mm，横断面各节点为刚接，集中荷载P=4N,扭矩M=40N.mm，得计算简图得弯矩剪力及位移图：显然，桥面承载及抗扭也是满足的。4、 结构分析总结本计算书有如下亮点内容：首先我们用CAD绘图模拟了设计的桥梁模型，能够非常直观的反应出桥梁各个角度实形，同时我们绘制出了桥梁典型跨段模型的三视图并标注了相关尺寸，更加具体的展现的模型的具体结构，最后我们用表格的形式计算了制作模型所需竹皮的面积，为有计划地、高效的制作模型奠定了坚实的基础。当然美中不足的是，我们对于力学计算软件熟悉度也有限，同时因为所学知识的局限性，我们对计算进行了大量简化，特别是无法将结构在桥梁曲线线段承载精确计算出来