桥梁设计大赛计算书.docx

1、桥梁设计大赛计算书桥梁结构设计理论方案 作品名称 参赛学校 参赛队员、专业名称 指导教师 大庆市大学生结构创新设计竞赛组委会二一一年1设计说明根据本次大赛要求及所提供材料，本组成员秉承“安全、节省、承载力高、美观”原则，设计此桥梁“步步精心”结构模型。桥梁以桁架结构为主体，尽量做到受力均匀，拉杆和压杆合理分布。其中“杆件承载力充分利用和桥身自重轻”为此设计最大亮点。1.1设计构思在接到比赛要求最初，本组成员经过分析得出“材料本身承载力强、材质轻、只适合粘结”的结论，初步确定以“平面结构，主梁主要承力，桁架结构”为大体思路。为减轻桥梁自重，我们决定尽量多用拉杆，但在模拟加载过程中，发现此想法难以

2、实现。遂改用另一种减重方式，即尽量使每根杆都受力均匀，所受最大拉（压）力和最小拉（压）力差值最小。1.2结构选型在确定“平面结构、主梁主要承力、桁架结构”为大体思路后，设计步骤如下：根据大赛尺寸要求，初步确定桥梁的跨度、高度和宽度；根据以往经验和资料分析，设计出桥梁大体模型；以实际情况为准，提取计算简图；利用结构力学求解器软件对结构进行模拟加载，计算出各杆所承受轴力及弯矩，以确定桥梁各单元杆件截面尺寸；结合杆件密度，取最优荷重比。1.3详细计算1.3.1设计资料根据大赛要求，可以确定桥梁跨度L=1300mm，净跨L0=1200mm，桥宽B=185mm，由经验和资料初步确定桥高H=150mm，竖

3、向腹杆间距由比赛小车车轮中心轴距离确定，选为120mm。1.3.2桥梁形式、尺寸及支撑布置根据上述原则，最终确定桥梁如图1-1,1-2图1-1正视图图1-2俯视图1.3.3基本假定节点粘结处按照铰接计算；支座简支；荷载取为竖直集中静荷载，分别作用在结点和单元上考虑动荷载影响，计算荷载取为实际荷载1.2倍；忽略桥本身自重，材料材质均匀。定义杆件单元和结点码，下文提到单元和结点码皆基于此定义图1-4 1.3.4荷载模拟桥面板近似为均布荷载q=mg/l0=310/1300=0.0125N/mm一辆小车加砝码P=120N，考虑动荷载影响P=1.2P=144N一辆小车在两榀桁架上荷载分配的原则如图1-5

4、图1-5P1=0.25P=36NP2=0.75P=108N考虑每辆小车轮距，将一辆小车及砝码的荷载简化为两集中力Q1和Q2Q1=0.5P2=18NQ2=0.5P1=54N则桥梁计算简图如图1-6图1-6按照图1-6将计算简图输入结构力学求解器，将集中荷载依次作用在各单元中间位置，得出各杆件所受最大轴力和弯矩值，依次列在附表1-5，再将集中荷载依次作用在各结点位置，同样得出各杆件所受最大轴力和弯矩值，依次列在附表6-9，此数据作为设计最终依据。1.3.5计算示例材料性质：木材 E=Mpa，抗拉强度ft=30MPa 查阅有关资料可知：木材抗压强度fc=30MPa，抗弯强度fm=20MPa，抗剪强度

5、fv=2Mpa从表1-9可知，杆件单元共分为三类。一、受拉构件；二、受压构件；三、压弯构件。以下每类杆件均举例说明计算过程，其余不再列出。另在结构中还存在拉弯和受剪构件，因其对结构影响较小，在此忽略不计。一 受拉构件，以单元1为例A=8.5mm2选截面26mm的杆件二 受压构件，以单元23为例试选56杆件i=62.5/30=2.1=192/2.1=133.0275=3000/2=0.17AN/fc=19.7mm2选56杆件合适。三 压弯构件，以单元10为例试选如图1-7截面图1-7由图1-7知：A=52mm2，Ix=497.33mm4，ix=3.093mm，Iy=169.33mm4，iy=1.

6、81mm，Wx=99.47由图1-1知：Lox=l0y=120mm强度验算：=0.981强度满足要求刚度验算：x=Ix/ix=120/0.093=38.8=120y=ly/iy=120/1.81=66.3=120刚度满足要求稳定性验算：A平面内K=0.489m=（1-K）2=0.261=1/1(/80)2=0.81N/(mA)=25.71N/mm2fc=30 N/mm2B平面外N/(yAfc)+M/(lNfm)2=0.41满足稳定性要求图1-7截面适合。其余各杆件算法与此相同，不再一一列出，以上公式皆取自木结构设计规范GB500052003。最终各单元截面选择见附表10、11。2节点设计2.1

7、节点构思经过实验，胶水粘结可以承受的力比材料本身的只强不弱，但考虑到构件用胶水粘结时，接触面积较小，为增加构件之间粘结强度，用155 mm木板做成垫片，辅助粘结。同样原理，细杆与其他杆件连接时，不用正面粘结，而用侧面。且为增加胶结强度，特别对结点粘结处进行砂纸打磨处理，以增加其摩擦力。并对于多结点交接处，滴加更多胶水，以增加粘结力。2.2节点详图图2-1节点1实际详图图2-2节点2实际详图图2-3节点6实际详图3设计总结结构整体采用桁架结构，既满足受力均匀的要求，同时又保证了计算、施工的方便；计算过程利用结构力学求解器软件，使结果更准确，为设计提供了有效依据；交点多的节点，采用155mm薄片做

8、垫片，既充分利用了材料，又使节点承载力有了显著提高；桥梁中只承受拉力的单元做到了足够多，此设计较多的减少了桥身自重；施工精细，节点、杆件处理分毫不差，每根杆件都根据连接做出相应角度坡口，真正地诠释了桥梁的名字“步步精心”。4破坏分析动荷载影响可能估计不足，实际加载过程中，可能因此破坏；节点胶水过少，或者因温度变化开裂，造成粘结强度降低；木材本身有结点，截面削弱，虫眼等因素；结构不对称，加载时整体失稳，发生脆性破坏。附 录附表1 Q1作用在单元13和14，Q2作用在单元5和6（见图附-1）单元码杆端1杆端2轴力N剪力N弯矩N.mm轴力N剪力N弯矩N.mm177.490.000.0077.490.

9、000.30266.000.000.3066.000.000.00382.110.010.0082.110.011.604108.95-0.011.60108.95-0.010.005-100.56-8.790.00-100.5610.71115.626-100.56-9.94115.62-100.569.5692.447-58.76-1.4292.44-58.760.0812.478-58.76-1.1512.47-58.760.35-36.099-72.75-0.25-36.09-72.751.2523.5410-72.75-1.2823.54-72.750.22-40.6011-81.4

10、4-0.76-40.60-81.440.74-41.8812-81.442.64-41.88-81.444.14365.5013-203.18-26.66365.50-203.1828.84496.3314-203.18-31.89496.33-203.1823.610.0015220.120.030.00220.120.033.3616141.22-0.013.36141.22-0.010.0017-60.730.000.00-60.730.000.001878.890.000.0078.890.000.0019-78.310.000.00-78.310.000.00206.330.000.

11、006.330.000.0021-7.580.000.00-7.580.000.002210.820.000.0010.820.000.0023-11.580.000.00-11.580.000.0024-27.270.000.00-27.270.000.002526.830.000.0026.830.000.0026-20.660.000.00-20.660.000.0027-1.240.000.00-1.240.000.0028-2.530.000.00-2.530.000.00291.910.000.001.910.000.00附表2 Q1作用在单元12和13，Q2作用在单元6和7（见图

12、附-2）单元码杆端1杆端2轴力N剪力N弯矩N.mm轴力N剪力N弯矩N.mm1139.720.000.00139.720.000.542117.260.000.54117.260.000.003137.210.010.00137.210.012.044145.53-0.022.04145.53-0.020.005-134.33-1.910.00-134.33-0.41-139.456-134.33-6.83-139.45-134.3312.67210.637-106.04-9.91210.63-106.049.59191.868-106.04-3.37191.86-106.04-1.87-122

13、.999-130.670.87-122.99-130.672.3771.4810-130.67-3.0971.48-130.67-1.59-209.3111-153.854.76-209.31-153.856.26452.1612-153.85-24.77452.16-153.8530.73809.4613-237.73-35.76809.46-237.7319.74-151.6414-237.730.51-151.64-237.732.010.0015257.560.030.00257.560.033.7016232.60-0.013.70232.60-0.010.0017-19.230.0

14、00.00-19.230.000.001824.940.000.0024.940.000.0019-97.430.000.00-97.430.000.002022.620.000.0022.620.000.0021-14.490.000.00-14.490.000.002221.470.000.0021.470.000.0023-17.960.000.00-17.960.000.0024-33.000.000.00-33.000.000.00258.310.000.008.310.000.0026-6.420.000.00-6.420.000.0027-12.970.000.00-12.970

15、.000.0028-5.460.000.00-5.460.000.0029-31.030.000.00-31.030.000.00附表3 Q1作用在单元11和12，Q2作用在单元7和8（见图附-3）单元码杆端1杆端2轴力N剪力N弯矩N.mm轴力N剪力N弯矩N.mm1205.960.000.00205.960.000.802170.050.000.80170.050.000.003164.870.010.00164.870.012.174161.26-0.022.17161.26-0.020.005-148.85-3.060.00-148.85-1.56-277.456-148.851.19-2

16、77.45-148.852.69-44.287-146.31-6.05-44.28-146.3113.45400.138-146.31-12.92400.13-146.316.5819.949-187.32-1.5119.94-187.32-0.01-71.1610-187.321.70-71.16-187.323.20222.8211-205.39-20.82222.82-205.3934.681054.4212-205.39-35.461054.42-205.3920.04129.4113-214.55-5.56129.41-214.55-4.06-447.4514-214.552.98-

17、447.45-214.554.480.0015232.440.020.00232.440.023.1416241.62-0.013.14241.62-0.010.00177.040.000.007.040.000.0018-9.200.000.00-9.200.000.0019-28.250.000.00-28.250.000.0020-0.920.000.00-0.920.000.0021-29.840.000.00-29.840.000.002227.650.000.0027.650.000.0023-38.010.000.00-38.010.000.0024-9.410.000.00-9

18、.410.000.0025-3.620.000.00-3.620.000.00262.760.000.002.760.000.0027-26.370.000.00-26.370.000.00281.710.000.001.710.000.0029-70.140.000.00-70.140.000.00附表4 Q1作用在单元10和11，Q2作用在单元8和9（见图附-4）单元码杆端1杆端2轴力N剪力N弯矩N.mm轴力N剪力N弯矩N.mm1251.430.000.00251.430.001.172215.190.001.17215.190.000.003181.610.010.00181.610.0

19、12.414180.03-0.022.41180.03-0.020.005-166.18-3.040.00-166.18-1.54-274.766-166.18-0.34-274.76-166.181.16-226.157-169.723.13-226.15-169.724.63239.538-169.72-10.95239.53-169.728.5595.719-248.74-6.3795.71-248.7413.13501.7510-248.74-25.43501.75-248.7430.07779.7811-205.82-30.33779.78-205.8225.17470.6612-2

20、05.82-7.29470.66-205.82-5.79-314.2013-199.73-0.84-314.20-199.730.66-324.6914-199.731.96-324.69-199.733.460.0015216.380.020.00216.380.022.8916218.10-0.012.89218.10-0.010.00171.290.000.001.290.000.0018-1.730.000.00-1.730.000.00197.190.000.007.190.000.0020-73.020.000.00-73.020.000.0021-4.320.000.00-4.3

21、20.000.002253.700.000.0053.700.000.0023-72.800.000.00-72.800.000.00243.310.000.003.310.000.0025-1.590.000.00-1.590.000.00261.190.000.001.190.000.0027-15.580.000.00-15.580.000.0028-38.570.000.00-38.570.000.0029-32.460.000.00-32.460.000.00附表5 Q1+Q2作用在单元9和10（见图附-5）单元码杆端1杆端2轴力N剪力N弯矩N.mm轴力N剪力N弯矩N.mm1247.

22、100.010.00247.100.011.392247.10-0.011.39247.10-0.010.003200.690.010.00200.690.012.654197.87-0.022.65197.87-0.020.005-182.64-3.380.00-182.64-1.88-315.226-182.640.27-315.22-182.641.77-192.937-185.340.78-192.93-185.342.28-9.168-185.342.20-9.16-185.343.70345.209-282.64-29.06345.20-282.6444.441267.6410-2

23、82.64-44.441267.64-282.6429.06345.2011-185.34-3.70345.20-185.34-2.20-9.1612-185.34-2.28-9.16-185.34-0.78-192.9313-182.64-1.77-192.93-182.64-0.27-315.2214-182.641.88-315.22-182.643.380.0015197.870.020.00197.870.022.6516200.69-0.012.65200.69-0.010.00172.150.000.002.150.000.0018-2.830.000.00-2.830.000.

24、00190.130.000.000.130.000.0020-98.860.000.00-98.860.000.002156.900.000.0056.900.000.002256.900.000.0056.900.000.0023-98.860.000.00-98.860.000.00240.130.000.000.130.000.0025-2.830.000.00-2.830.000.00262.150.000.002.150.000.0027-0.080.000.00-0.080.000.0028-88.870.000.00-88.870.000.0029-0.080.000.00-0.080.000.00附表6 Q1作用在结点12和13，Q2作用在结点5和6（见图附-6）单元码杆端1杆端2轴力N剪力N弯矩N.mm轴力N剪力N弯矩N.mm1108.770.000.00108.770.000.42291.690.00