结构设计大赛桥梁计算书

桥梁结构设计理论方案

作品名称囿1然水岸

参赛学院建筑工程学院

参赛队员

专业名称土木工程

一、方案构思

L设计思绪

对于这次的设计，我们分别考虑了斜拉桥、拱桥、梁式桥

和桁架桥的设计方案。斜拉桥可以看作是小跨径的公路桥，且对

刚度有较高的规定，所以斜拉桥对材料的规定比较高，对于用桐

木强度比不上其他样式的桥来得结实;拱桥最大主应力沿拱桥曲

面而作用，而沿拱桥垂直方向最小主应力为零，可以很好的控制

桥梁竖直方向的位移，但锁提供的支座条件较弱，且不提供水平

力，显然也不是一个好的选择;梁式桥有较好的承载弯矩的能力,

也可以较好的控制使用中的变形，但桥梁的稳定性是个很大的

问题，控制不了桥梁的扭转变形，因此，我们也放弃了制作梁式

桥的想法;而桁架桥具有比较好的刚度，腹杆即可承拉亦可承压,

同时也可以较好的控制位移用料较省，所以，相比之下我们最后

选择了桁架桥。

2.制作解决

(1)、截杆

裁杆是模型制作的第一步。通过实验我们发现，截杆时应当根据不同

的杆件，采用不同的截断方法。对于质地较硬的杆应当用工具刀不断

切磋，如同锯开；而对于较软的杆应当直接用刀刃用力按下，不宜用

刀口前后切磋，易导致截面破损。

(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，对连接处进行解决，例如，切出一个斜口，

增大连接的接触面积；刻出一个小槽，类似桦卯连接等。

(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，乳胶干燥较慢等因素，连接是较为困难的。我们采用了很多措

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，直至达成抱负形状。

在拱脚处解决时，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，

达成强度的70%(基本固定)后即可让其自行风干。

(4)风干

模型制作完毕后，再次用吹风机间断性地吹粘接处，基木稳定后，

让其自然风干。

(5)修饰

在模型完毕之后，为了增强其美观性，用砂纸小心翼翼的将杆件表

白的毛刺打磨光滑，注意不要破坏结构，以免影响其稳定。

3.设计假定

(1)、材质连续，均匀；

(2)、梁与索之间结点为钱结；梁与塔柱(撑杆)之间的连接为刚结;

撑杆与下部拉条之间为较结；桥梁支座为连续弹性支座；

(3)、桥面和桥梁自身质量以均布荷载作用在整个梁上；加载时，车辆

移动荷载以集中力的形式作用在指定的梁上。

(4)、杆件计算时采用结构的计算模式；

根据以上假定，通过结构力学求解器建立计算模型，所得的内力和位

移作为构件设计的依据。

二、材料的力学性能

1、桐木

根据实验分析数据，每次实验有三到四组实验数据，剔除无效的数据,

采用有效数据的平均值，根据弹性理论计算桐木的弹性模量Eo

拉伸实验：

(1)2X2木杆：去除第三组偏差较大的数据

El=FxL/(ALXA)=168.714X70/(2X2X2.5307)=1166.67MPa

E2=FXL/(ALXA)=178.0272X70/(2X2X2.2598)=1378.65MPa

E=(E1+E2)/2=1272.66MPa

(2)2X5木杆：

E1=FXL/(ALXA)=471.1845X70/(2X5X3.8002)=867.93MPa

E2=FXL/(ALXA)=462.1775X70/(2X5X3.8319)=844.29MPa

E=(El+E2)/2=856.11MPa

(3)2X10木杆:

E1=FXL/(ALXA)=404.9354X110/(2X10X2.713)=820.83MPa

E2=FXL/(ALXA)=694.5129X110/(2X10X2.985)=1279.33MPa

E3=FXL/(ALXA)=203.97X110/(2.10X1.738)=645.47MPa

E=(E1+E2+E3)/3=915.21MPa

(4)3X3木杆:

E1=FXL/(ALXA)=281,436X70/(3.3,3.581)=611.27MPa

E2=FXL/(ALXA)=314.277X70/(3X3X6.4352)=379.84MPa

E3=FXL/(ALXA)=299.169X70/(3X3X7.2362)=321.56MPa

E=(El+E2+E3)/3=437.56MPa

(5)3X5木杆：去除第三组偏差较大的数据

E1=FXL/(ALXA)=515.566X70/(3X5X3.6519)=658.83MPa

E2=FXL(ALXA)=1085.104X70/(3X5X7.4596)=676.11MPa

E=(E1+E2)/2=667.47MPa

(6)4X6木杆：去除第三组偏差较大的数据

E1=FXL/(ALXA)=976.335X70/(4X6X4.6522)=608.18MPa

E2=FxL/(ALxA)=798.416x70/(4x6x4.7955)=485.60MPa

E=(E1+E2)/2=546.89MPa

由以上计算数据可以得出，截面越大，计算得到的弹性越小。这是由

于木材内部的缺陷导致的，桐木截面面积越大，截面越对称，所含的

缺陷对弹性模量E的影响越小。因此，我们取弹性模量E=6()OMPa。

①此外，根据木材的拉伸、压缩实验，压杆实验及弯曲实验的实验结

果，我们还可以得出以下结论：

②桐木的顺纹抗压强度比抗拉强度低，因此用桐木做拉杆可以更好

的运用材料。

③4X6木杆的抗弯强度比抗压强度减少很多.要充足运用材料，使

之受拉较好.

桐木强度指标的离散性大，变异性强。由一于内部结构不均匀份致的

应力集中所致。特别是抗拉强度，因此受拉杆件宜采用较大的安全系

数。在计算桐木的弹性模量时，要充足考虑这个影响因素，选用有效

的实验数据。

木在受压时，在某个较小力值范围内会产生很大的变形；当变形到达

一定数值时，桐木所能承受的压力急剧增无，但此时变形却很小。

⑤桐木为各向异性材料，顺纹方向与横纹方向受力性能差异较大c制

作中要避免横纹受力。

2、腊线

根据实验数据，由公式E=FXL/(Z^LXA)计算出腊线的弹性模量，在

实验数据的取值方面，由于多股腊线由单股腊线人工搓捻而成，因此

多股腊线的受拉承载力受人为因素的影响，故在数据的选取中我们

取保守值。

计算单股腊线的弹性模量：

2

E=FXL/(△LXA)=37.2539X200/(1XQJ~X

14.6275)=1323.566MPa

•图表资料

(2)双股腊线

计算双股腊线的弹性模量:

E=FXL/(ALXA)=90.905X200/(X0.72义21.5295)=2194.309

•图表资料

(3)三股腊线

计算三股腊线的弹性模量:

n2

E=FXL/(△LXA)=114.6968X200/7•0.7•18.7512》=

3178.822MPa

•图表资料

(4)四股腊线

计算四股腊线的弹性模量:

71

E=FXL/(△LXA)=153.4951X200/(]XQj2X

23.6309)=3375.657MPa

•图表资料

由于以上的计算结果及图表资料得知，由于人工搓绳的不拟定性较大.

不能保证多股腊线与单股腊线的弹性模量的倍数关系。

因此，腊线的弹性模量:E=1323.566MPa

三、方案立体图

四、计算书

L结构选型：

我们所设计的桥采用的是空间组合形式，结构以梁承受抗弯，以腹杆

承受抗压抗拉。

桁架桥结构应用桐木材料和线索柔性构件抗拉强度高的腊线，结构

可以做到结构自重相对较轻，体系的刚度和形状稳定性相对较大，因

而可以跨越很大的空间。同时四棱锥式的设计有避免了结构受侧向力

和扭转的影响，并可以使满载时的小车可以顺利通过。

ssg

桥的重要承重为：桥面板和梁自身的重量和车辆移动荷载。

(1)桥面板和梁自身的重量。

桐木材料的平均重量为0.5g/cm平方，考虑乳胶及其他因素，将

其扩大至N/M。桥梁长1660mm,经计算，桥梁自重约为g。将其设

立为均匀荷载，经计算得q=1.3N/m,考虑乳胶及其他因素，将q扩大

至q=2N/m

(2)车辆移动荷载。

通过做影响线拟定梁、腹杆和腊线的最不利荷载位置，进而求出

桥面梁和拉索的极限力和弯距。

将小车在车轮与桥面接触点简化成2个集中荷载，同时车辆通过

速度可控制，所以在任意时刻可以按静载解决。这样每条主梁同时受

均布力及两个集中荷载。

小车质量=15kg。通过计算，每个集中荷载为N=73.5N

此外在加载时会存在一定的动力效应，及加载时的不均匀性等不利

因素的影响，采用在制做时适当加强构件的措施，计算时不予考虑。

3.简化模型

4.计算简图

由于集中荷载为可动荷载，分四种最不利情况考虑，如图所示:

(1)

(2)

(3)

(4)

5.荷载分析轴力(N)剪力(N)弯矩