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!