结构设计大赛计算书模板.docx
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结构设计大赛计算书模板
第1组
设计说明
作品名称龙骨桥
作品重量342g
建筑方案说明
1、建筑材料
A0绘图纸两张、200ml白乳胶、线。
在实际制作中常常在白纸之间刷上胶，故所用的材料实际上是纸胶复合材料。
根据组委会提供的参考资料可知：
纸胶复合材料受拉时呈现线弹性和脆性，受拉弹性模量为Et=2492.2N/mm2，抗拉强度设计值为ft=32.91N/mm2;不失稳的情况下纸管的抗压强度设计值为Ec=7.18N/mm2，是理想的弹塑性
材料，受压弹性模量为fc=831.89N/mm2。
其抗拉强度设计值ft是抗压强度设计值fc的4倍多，可见纸的受拉性能比受压性能好的多。
2、建筑工程
我们利用纸胶的抗拉、抗压和抗弯性能，及绳子的抗拉强度高而无刚度特点，用纸胶构件和绳子搭制一座跨度1040mm桥宽190mm
的纸桥。
通过最合理的结构设计，构件尺寸设计和最优的构件组装方法，以达到在用料最省的条件下尽可能地通过更大的荷载，使荷质比
达值最大，充分发挥材料的力学性能。
结构设计说明
1、结构的选型
按设计要求，小车的速度较慢，故可以不考虑荷载的动态效应,
即把每一时刻的荷载都当作静荷载处理。
小车从杆的一端移到另一端，内应
力最大处的包络图如右图所示，为一抛”■■-
物线方程y=-（x-1/2）八2+1/2,取其为设计拱轴线，在拱的构造上我们用三根杆做成梯形来代替合理拱轴线。
拱桥按桥面的位置分为上承式，中承式，下承式。
上承式桥优点是桥面系构造简单，拱圈与墩台的宽度较小，桥上视野开阔，施工方便；缺点是桥梁的建筑高度大，纵坡大和引桥长。
一般用在跨度较大的桥梁。
中承式桥的优点是建筑高度较小，引道较短；缺点是桥梁宽度大，构造较复杂，施工也较麻烦。
下承式桥的优点是桥梁建筑高度很小，纵坡小，可节省引道长度；缺点是构造复杂，拱肋施工麻烦。
一般用于地基差的桥位上。
按照有无水平推力分可分为有水平推力和无水平推力。
在竖向荷载作用下拱脚对墩台无水平推力作用的拱桥。
其推力由
刚性梁或柔性杆件承受，属于内部超静定、外部静定的组合体系拱桥。
适用于地质不良的桥位处，墩台与梁式桥基本相似，体积较大，只能做成下承式桥，建筑高度很小，桥面标高可设计的很低，降低纵坡，减小引桥长度，因此可以节约材料。
但是，结构的施工比较复杂。
在竖向荷载作用下拱脚对墩台有水平推力作用的拱桥。
水平推力可减小跨中弯矩，能建成大跨度的桥梁。
造型美观，城市桥梁一般优先选用，可做成上承式、中承式桥。
缺点是，对地质要求很高，为防止墩台移动或转动，墩台须设计很大，施工较麻烦。
我们知道在纸桥加载的时候，并没有提供水平力，由这一点在综合考虑以上两方面我们采取的是下承式拱桥。
主拱和承梁的截面选
择，为了制作方便我们统一选择了圆形。
在主拱和桥梁之间我们用5
根绳子来传递拉力，其中在结构中心附近我们将1根绳子做成十字交叉型，主要考虑提高绳子的稳定性和传载传荷能力。
主要是水平拱杆和桥梁之间的那2根绳来传力，另两根绳主要是为了位置梯形拱的稳
然后就是拱的横向连接问题，我们用杆和绳来维持横向联系。
纵
向的切力不会很大所以只是靠杆和两品拱之间的剪切力来维持。
以上就是我们的结构选型。
2、荷载分析
此模型采用下承式拱桥，为简化模型的制作难度，使用三根杆件做成近似拱形。
根据设计要求，模型所受荷载主要为移动荷载，在实验条件下，可不考虑水平荷载的影响。
在上述前提下，设计时可适当减少水平
3、内力分析
在荷载作用在下梁中心位置时结构内部弯矩如图所示。
此时，结构内部的轴力如图
其中红色区域为受拉区域，蓝色区域为受压区域。
剪力图如下。
4、计算简图
5、承载能力估算
在结构下梁中心处受到10千克力作用时，上面拱形梁受到最大压应力为10.88MPa,按照线形比例关系，当纸杆达到其抗拉极限32.91N/mm时，其承受的荷载应为30千克。
但考虑到实际情况，纸有可能出现受压情况，失稳情况，而且纸胶复合材料与纸的力学性能有着很大不同，所以实际承载应该小于30千克。
第2组设计说明
作品名称
简约之美
作品重量
210g
队伍名称
王者归来
学生姓名
孙扬
学号1043310106
学生姓名
李欣
学号1043310105
学生姓名钟坤学号1043310117
学生姓名张宏全学号1043310128
建筑设计说明
一、建筑设计概念和建筑构思
建筑不仅是凝固的音乐，更是一种语言，蕴涵其中的建筑手法，
通过构件结构形式和空间处理体现建筑美。
我们从竞赛的要求与实际
情况相结合的角度出发，综合考虑桥的受力特点，设计了一座，美观朴实的桥，名为“简约之美”
“小桥流水人家”
江南水乡一直是美的代名词，潺潺的流水，绿绿的稻田，尤其是那里的桥，给人们留下无限的遐想。
那坐落在水乡航道上的座座小桥，无一不轻巧、古朴、典雅。
从桥的点滴中透出人与自然的和谐之美。
我们正是从这点出发设计了“简约之美”
，我们的桥小巧，轻盈，而
且用简约的线条来表现我们的设计理念“人与自然的和谐之美”
“简约而不简单”
我们从结构形式所体自然现出的简洁明快的风格的基础上；根
据纸的一些力学性质，充分考虑桥的整体受力情况；最终我们从受力最好的最简单的三角形入手。
制作了“简约之美”。
“简约之美”的整体外型是倒置的三角形，在桥面中间有一竖立的柱子并用纸带联系到了桥的两端，巧妙的将荷载分担给桥端支座。
减小了挠度。
两端的纸带用特殊方法进行加固。
这样使桥的整体性增强、提高的抗载荷、抗倾覆能力。
一、“弯弓射雕”
“简约之美”外型独特，桥梁和斜拉的纸带犹如一支已拉满的强弓；而横跨中的支柱则是那即将离弦的箭，箭头直指天际，不禁使人想起一代天骄成吉思汗弯弓射大雕的豪迈之情。
即将离弦的箭恰是我们的愿望。
希望我们的团队能够腾飞，扶摇直上九万里。
二、结构选型三角桁架
平面布置要求：
简单，规则，对称。
选择工字梁作为主桥面梁，有较高的
抗弯能力。
抗竖向荷载布置
在主桥面梁，跨中截面处设置竖立柱，并用纸带斜拉到桥体的两端；以减少跨中挠度，增加桥体的承载能力。
三、受力基本特征
整个桥体为空间梁柱共同工作的，主体桥梁为主要受力体，在跨中：
运用立柱和斜拉的纸带分担荷载，立柱承受向下的荷载并将其分给其上的纸带，遂将荷载传递到两端桥基上。
四、模型制作工艺
桥面主梁
主梁工字型采用特制矩形模具批量生产，然后拼接，粘贴而成。
质量高，速度快，养护效率高
跨中立柱
采用圆柱型结构，充分利用圆柱的抗压能力，提高立柱的强度。
接点处理
运用棉线捆绑、箍扎，并且涂刷乳白胶加固定型。
提高
了接点的牢固性，提高结构整体性。
结构计算书
计算简图
1荷载分析
1；
Fill图
[）
由于小车缓慢行驶，忽略加速度，其荷载可视为静荷载,
计算跨中立柱和斜拉纸带的受力、跨中挠度
由Fn1、M1图得:
由M1图和Mp图得:
M1Mp」
pdx
El
11LFL2FLc、
（2）
El22434
FLA3
48EI
纸带面积A=0.2*40=8（mmA2）
工字横梁惯性距I2433（mmA2）
由X1p0
得：
X1=0.43F当F=50N时，X=21.5（N）
跨中挠度y=FL34.8（mm）y30mm符合要求48EI
2内力分析
由上面计算可知：
立柱受压力F=X仁21.5（N）
F
19mmA2
F20.9
A8
纸带受拉力F=罟F=20.9（N）
1.13（N.MMA2）
2.61（NMMA2）
所以两者均符合要求
3结论
按荷载、受力分析，结构可承受10KG重物。
但是由于实际结构刚
度较弱以及做工较理想化有一定的人为差距，所以人为规定一个“保
守系数”KP=0.8
所以结构承重F100*0.8=80（N）
第3组
设计说明
作品名称
斩天堑
作品重量
195g
队伍名称
7625
学生姓名
黄理卿
学号
1033320109
学生姓名
刘思嘉
学号
1033320113
学生姓名
徐训
学号
1033320118
学生姓名
陈伟
学号1033320129
建筑方案说明
“一桥飞架南北，天堑变通途。
毛泽东《水调歌头游泳》
1、桥梁美学
我国著名的桥梁美学专家唐寰澄先生在他的文章和专著中多次
提到：
三个统一性是美的最重要属性，即
（1）感性和理性的统一或感觉和意识的统一；
（2）客观和主观的统一或人和自然的协调统一，即“天人合一”的思想；（3）形式和内容的统一，即造型和功能的一致。
归纳起来的桥梁美学法则是：
多样和统一，协调与和谐，以及比例、对称和韵律。
另外还有八纲：
即刚柔、动静、阴阳、虚实的矛盾和统一。
我的理解是，设计要有新意，要同中有异，要和环境协调，结构要求比例匀称，没有画蛇添足的多余装饰，有动感和韵律美。
2、“斩天堑”的简介
“天堑”即指长江，古来就是南北交通的天然屏障。
“斩天堑”，
设计为跨越在滚滚长江之上的过江大桥，堪与南京长江大桥武汉长江大桥、江阴长江大桥相媲美。
全桥长1040毫米，桥宽160毫米，桥高230毫米，跨中竖支柱长210毫米，两侧小短柱长为80毫米。
横梁截面为：
高21毫米，宽15毫米，厚1毫米。
桥的横梁和竖直柱为箱型纸管拼接成整体，下部的悬索为1*15
毫米纸带，结构简洁合理，充分发挥材料的性能：
纸带的抗拉强度高，用来受拉；箱型纸管的箱型截面适合于受弯受剪。
刚中有柔，柔中有刚，动中有静，静中有动，刚柔并济，动静结合，蕴涵着一种凝固的动感和韵律美；结构比例匀称、与自然环
境相协调
结构设计说明
1、结构选型
表1各种结构形式优缺点的比较
结构形式
优点
缺点
桁架
杆件只受拉、压，材料性能得
到充分利用
结点不易处理，制作难度大，
重量大
拱
受力合理、承载力大
制作复杂、重量大、计算烦琐（移动荷载作用下，拱处于弯、剪、压复合受力状态，稳定性
不好验算）
悬索、斜拉
主要受拉，材料性能得到充分利用，跨度可以很大、重量轻
绳的弹性大，加载仪器不提供锚固，制作要求苛刻，无法实现
索拱
受力明确、合理，材料性能得到充分利用，重量轻，制作简单、上承式受荷便于小车通过，
计算方便
对受拉纸带制作、安装要求高
通过上表的比较，我们容易得出结论：
无论从受力、重量、制作加工各个方面看，索拱结构都是我们的最佳选择。
我们的桥采用的结构形式为：
索拱结构。
外围是大的索拱，内层是两个小的索拱，这样索拱套索拱的结构形式可以减小横梁的计算长度，防止横梁的局部破坏，提高了梁的承载力；换言之，在相同承载力条件下，与不加两个小索拱的情况相比，它减少了横梁的卷纸的层数，减轻了重量。
结构受力明确合理，可以从荷载的传递方式看出：
小车荷载桥面板横梁『竖直柱纸带横梁两端（横梁压缩）
\支座
2、结构模型简化与荷载分析
（1）结构模型简化：
桥的两榀索拱结构，由长度、大小、粗细完全相同的杆件或纸带组成，两榀之间的连接通过三根很薄的联系杆连成整体。
由于三根联
系杆很薄，我们可以忽略他们的承载作用，把我们的结构简化为平面结构来分析，简化后的计算简图如下图。
匚小车]
—号杆件A
二号杆件二；—°
计算简图
二号均为压杆，截面型式一样，如右图所示:
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