Get清风历届结构设计竞赛优秀作品选登桥梁.docx
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Get清风历届结构设计竞赛优秀作品选登桥梁
历届结构设计竞赛优秀作品选登（桥梁）
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“项羽燃烧阿房宫〞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，点缀了这座华丽堂皇的神秘宫殿，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，以拱形为根本要求，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，木材强度根本无变化。
为了防止含水率变化对材料变化带来不利影响，木桁架尽可能采用枯燥的木材。
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/mm×mm
长度/mm
木材颜色
1
3×4
600
浅
2
600
浅
3
620
深
4
620
深
5
550
深
6
550
深
7
45×4
浅
8
100×3
浅
9
170×4
浅
10
1.5×4
60×8
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，乳胶枯燥较慢等原因，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，那么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，直至到达理想形状。
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，到达强度的70%〔根本固定〕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，根本稳定后，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说明的毛刺打磨光滑，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3mm×4mm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0kg/m3。
2.1.3荷载简化
最大加载值FMax=15/2=7.5kg。
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2-2
2.4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，到达满载，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】MechanicsofMaterials（美）J.M.盖尔著机械工业出版社
【3】EngineeringMechanicsSTATICSAndrewPytelJaanKiusalaas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，最巩固，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
先把纸卷成细的卷，要卷紧。
这个卷能承受的压力不会很大，而且越长承受的压力就越小，越易被压坏。
但是卷能承受的拉力是很大的，他们是调整结构把这些卷全变成受拉构件。
在非要受压不可时，他们把纸卷截的短些，用很多细的纸卷在这个受压的地方共同承受压力。
具体方案我也不知道，不过你可以根据这些自己想方法，我想你肯定行的。
好似这个方案的指导老师是个博士！
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