结构设计大赛桥梁计算书Word文档格式.docx
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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。
(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。
(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。
(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。
(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。
3、设计假定
(1)、材质连续,均匀;
(2)、梁与索之间结点为铰结;
梁与塔柱(撑杆)之间的连接为刚结;
撑杆与下部拉条之间为铰结;
桥梁支座为连续弹性支座;
(3)、桥面和桥梁本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
根据试验分析数据,每次试验有三到四组试验数据,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E。
拉伸试验:
(1)2×
2木杆:
去除第三组偏差较大的数据
E1=F×
L/(△L×
A)=168.714×
70/(2×
2×
2.5307)=1166.67MPa
E2=F×
A)=178.0272×
2.2598)=1378.65MPa
E=(E1+E2)/2=1272.66MPa
(2)2×
5木杆:
A)=471.1845×
5×
3.8002)=867.93MPa
A)=462.1775×
3.8319)=844.29MPa
E=(E1+E2)/2=856.11MPa
(3)2×
10木杆:
A)=404.9354×
110/(2×
10×
2.713)=820.83MPa
A)=694.5129×
2.985)=1279.33MPa
E3=F×
A)=203.97×
110/(2.10×
1.738)=645.47MPa
E=(E1+E2+E3)/3=915.21MPa
(4)3×
3木杆:
A)=281,436×
70/(3.3,3.581)=611.27MPa
A)=314.277×
70/(3×
3×
6.4352)=379.84MPa
A)=299.169×
7.2362)=321.56MPa
E=(E1+E2+E3)/3=437.56MPa
(5)3×
A)=515.566×
3.6519)=658.83MPa
L(△L×
A)=1085.104×
7.4596)=676.11MPa
E=(E1+E2)/2=667.47MPa
(6)4×
6木杆:
A)=976.335×
70/(4×
6×
4.6522)=608.18MPa
A)=798.416×
4.7955)=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=60OMPa。
此外,根据木材的拉伸、压缩试验,压杆试验及弯曲试验的试验结果,我们还可以得出以下结论:
1桐木的顺纹抗压强度比抗拉强度低,因此用桐木做拉杆能够更好的利用材料。
24×
6木杆的抗弯强度比抗压强度降低很多.要充分利用材料,使之受拉较好.
3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。
尤其是抗拉强度,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,要充分考虑这个影响因素,选用有效的实验数据。
4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大,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。
制作中要避免横纹受力。
2、腊线
根据试验数据,由公式E=F×
A)计算出腊线的弹性模量,在试验数据的取值方面,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:
E=F×
A)=37.2539×
200/(
×
14.6275)=1323.566MPa
·
图表资料
(2)双股腊线
计算双股腊线的弹性模量:
A)=90.905×
21.5295)=2194.309
(3)三股腊线
计算三股腊线的弹性模量:
A)=114.6968×
18.7512》=3178.822MPa
(4)四股腊线
计算四股腊线的弹性模量:
A)=153.4951×
23.6309)=3375.657MPa
由于以上的计算结果及图表资料得知,由于人工搓绳的不确定性较大.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
1、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。
2、荷载分析
桥的主要承重为:
桥面板和梁本身的重量和车辆移动荷载。
(1)桥面板和梁本身的重量。
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。
将其设置为均匀荷载,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。
通过做影响线确定梁、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处理。
这样每条主梁同时受均布力及两个集中荷载。
小车质量=15kg。
经过计算,每个集中荷载为N=73.5N
另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,采取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(N*m)
不利位置1
0.039
36.82
20.92
不利位置2
0.038
29.43
15.39
不利位置3
0.033
22.05
10.56
不利位置4
0.015
7.36
3.02