橋梁設(shè)計(jì)大賽計(jì)算書.doc

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1、橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論方案作品名稱參賽學(xué)校參賽隊(duì)員、專業(yè)名稱指導(dǎo)教師大慶市大學(xué)生結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)競(jìng)賽組委會(huì)二○一一年目錄1設(shè)計(jì)說明根據(jù)本次大賽要求及所提供材料，本組成員秉承“安全、節(jié)省、承載力高、美觀”原則，設(shè)計(jì)此橋梁“步步精心”結(jié)構(gòu)模型。橋梁以桁架結(jié)構(gòu)為主體，盡量做到受力均勻，拉桿和壓桿合理分布。其中“桿件承載力充分利用和橋身自重輕”為此設(shè)計(jì)最大亮點(diǎn)。1.1設(shè)計(jì)構(gòu)思在接到比賽要求最初，本組成員經(jīng)過分析得出“材料本身承載力強(qiáng)、材質(zhì)輕、只適合粘結(jié)”的結(jié)論，初步確定以“平面結(jié)構(gòu)，主梁主要承力，桁架結(jié)構(gòu)”為大體思路。為減輕橋梁自重，我們決定盡量多用拉桿，但在模擬加載過程中，發(fā)現(xiàn)此想法難以

2、實(shí)現(xiàn)。遂改用另一種減重方式，即盡量使每根桿都受力均勻，所受最大拉（壓）力和最小拉（壓）力差值最小。1.2結(jié)構(gòu)選型在確定“平面結(jié)構(gòu)、主梁主要承力、桁架結(jié)構(gòu)”為大體思路后，設(shè)計(jì)步驟如下：①根據(jù)大賽尺寸要求，初步確定橋梁的跨度、高度和寬度；②根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)和資料分析，設(shè)計(jì)出橋梁大體模型；③以實(shí)際情況為準(zhǔn)，提取計(jì)算簡圖；④利用結(jié)構(gòu)力學(xué)求解器軟件對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行模擬加載，計(jì)算出各桿所承受軸力及彎矩，以確定橋梁各單元桿件截面尺寸；⑤結(jié)合桿件密度，取最優(yōu)荷重比。1.3詳細(xì)計(jì)算1.3.1設(shè)計(jì)資料根據(jù)大賽要求，可以確定橋梁跨度L=1300mm，凈跨L0=1200mm，橋?qū)払=185mm，由經(jīng)驗(yàn)和資

3、料初步確定橋高H=150mm，豎向腹桿間距由比賽小車車輪中心軸距離確定，選為120mm。1.3.2橋梁形式、尺寸及支撐布置根據(jù)上述原則，最終確定橋梁如圖1-1,1-2圖1-1正視圖圖1-2俯視圖1.3.3基本假定①節(jié)點(diǎn)粘結(jié)處按照鉸接計(jì)算；②支座簡支；③荷載取為豎直集中靜荷載，分別作用在結(jié)點(diǎn)和單元上④考慮動(dòng)荷載影響，計(jì)算荷載取為實(shí)際荷載1.2倍；⑤忽略橋本身自重，⑥材料材質(zhì)均勻。⑦定義桿件單元和結(jié)點(diǎn)碼，下文提到單元和結(jié)點(diǎn)碼皆基于此定義圖1-41.3.4荷載模擬①橋面板近似為均布荷載q=mg/l0=3×10/1300=0.0125N/mm②一輛小車加砝碼P’=120N，考慮動(dòng)

4、荷載影響P=1.2P’=144N③一輛小車在兩榀桁架上荷載分配的原則如圖1-5圖1-5P1=0.25P=36NP2=0.75P=108N考慮每輛小車輪距，將一輛小車及砝碼的荷載簡化為兩集中力Q1和Q2Q1=0.5P2=18NQ2=0.5P1=54N則橋梁計(jì)算簡圖如圖1-6圖1-6按照?qǐng)D1-6將計(jì)算簡圖輸入結(jié)構(gòu)力學(xué)求解器，將集中荷載依次作用在各單元中間位置，得出各桿件所受最大軸力和彎矩值，依次列在附表1-5，再將集中荷載依次作用在各結(jié)點(diǎn)位置，同樣得出各桿件所受最大軸力和彎矩值，依次列在附表6-9，此數(shù)據(jù)作為設(shè)計(jì)最終依據(jù)。1.3.5計(jì)算示例材料性質(zhì)：木材E=Mpa，抗拉強(qiáng)度f

5、t=30MPa查閱有關(guān)資料可知：木材抗壓強(qiáng)度fc=30MPa，抗彎強(qiáng)度fm=20MPa，抗剪強(qiáng)度fv=2Mpa從表1-9可知，桿件單元共分為三類。一、受拉構(gòu)件；二、受壓構(gòu)件；三、壓彎構(gòu)件。以下每類桿件均舉例說明計(jì)算過程，其余不再列出。另在結(jié)構(gòu)中還存在拉彎和受剪構(gòu)件，因其對(duì)結(jié)構(gòu)影響較小，在此忽略不計(jì)。一受拉構(gòu)件，以單元1為例A>==8.5mm2選截面2×6mm的桿件二受壓構(gòu)件，以單元23為例試選5×6桿件i==62.5/30=2.1λ==192/2.1=133.02>75ψ=3000/λ2=0.17A>N/ψfc=＝19.7mm2選5×6桿件合適。三壓彎構(gòu)件，以單元10為例

6、試選如圖1-7截面圖1-7由圖1-7知：A=52mm2，Ix=497.33mm4，ix=3.093mm，Iy=169.33mm4，iy=1.81mm，Wx==99.47由圖1-1知：Lox=l0y=120mm強(qiáng)度驗(yàn)算：==0.98<1強(qiáng)度滿足要求剛度驗(yàn)算：λx=Ix/ix=120/0.093=38.8<[λ]=120λy=ly/iy=120/1.81=66.3<[λ]=120剛度滿足要求穩(wěn)定性驗(yàn)算：A平面內(nèi)K===0.489Φm=（1-K）2=0.261Φ=1/[1＋(λ/80)2]==0.81N/(ΦΦmA)==25.71N/mm2

7、yAfc)+[M/(ΦlNfm)]2==0.4<1滿足穩(wěn)定性要求圖1-7截面適合。其余各桿件算法與此相同，不再一一列出，以上公式皆取自《木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范GB50005—2003》。最終各單元截面選擇見附表10、11。2節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)2.1節(jié)點(diǎn)構(gòu)思經(jīng)過實(shí)驗(yàn)，膠水粘結(jié)可以承受的力比材料本身的只強(qiáng)不弱，但考慮到構(gòu)件用膠水粘結(jié)時(shí)，接觸面積較小，為增加構(gòu)件之間粘結(jié)強(qiáng)度，用1×55mm木板做成墊片，輔助粘結(jié)。同樣原理，細(xì)桿與其他桿件連接時(shí)，不用正面粘結(jié)，而用側(cè)面。且為增加膠結(jié)強(qiáng)度，特別對(duì)結(jié)點(diǎn)粘結(jié)處進(jìn)行砂紙打磨處理，以增加其摩擦力。并對(duì)于多結(jié)點(diǎn)交接