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歷屆結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽優(yōu)秀作品選登（橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)） 岸芷汀蘭 鮑凱曼、邰 昊、吳小亮 1、設(shè)計(jì)說明書 方案構(gòu)思 唐朝詩(shī)人杜牧一首《阿房宮賦》，以濃墨重彩之渲染，為世人勾繪出一座前所未有、宏偉壯觀的宮殿建筑群，而“項(xiàng)羽焚燒阿房宮”的撲朔迷離，更是讓這座“空中樓閣”成為人們魂?duì)繅?mèng)繞的千古之謎。 “長(zhǎng)橋臥波，未云何龍？覆道行空，不霽何虹？”長(zhǎng)橋臥波的嫵媚，點(diǎn)綴了這座富麗堂皇的神秘宮殿，也成為后世造橋人心懷向往的審美典范。 于是，在阿房之后，有了西子湖里的斷橋殘雪，有了頤和園里的玉帶漣漪，有了“天下第一橋”趙州橋立千年而不倒的雄齊偉岸！ 橋，因水而生；水，以橋而名。 于是，我們?cè)诟虾由?，架起這座“不霽何虹”的長(zhǎng)橋，在“岸芷汀蘭”的淡淡幽香里，在天府蓉城的淡妝素裹里，去追尋阿房宮的堂皇，去詮釋美的定義。 圖1-2 河北趙州橋 圖1-1 頤和園玉帶橋 1.1 結(jié)構(gòu)選型 構(gòu)思躍然紙上，我們開始迫不及待地選擇結(jié)構(gòu)型式。為了能實(shí)現(xiàn)承載要求，我們做了以下幾個(gè)方案分析： 1.1.1拱形結(jié)構(gòu) 拱橋造型優(yōu)美，非常吻合我們的構(gòu)思。力學(xué)上其適于承受均布荷載，但考慮到木材的脆性，拱圈不易制作，而分段拼接的方式又增加了節(jié)點(diǎn)，自重增加。該結(jié)構(gòu)為備選模型之一，見圖1-3。 1.1.2三角桁架結(jié)構(gòu) 在跨中集中荷載作用下，采用穩(wěn)定性較高的三角形桁架，非常符合加載要求，且撓度控制較好，因此是備選方案之一。見圖1-4。 1.1.3魚腹形桁架結(jié)構(gòu) 拱形桁架結(jié)構(gòu)，結(jié)合了拱和桁架二者的優(yōu)點(diǎn)，造型較為優(yōu)美。但桿件較多，節(jié)點(diǎn)也復(fù)雜，考慮到木材的特點(diǎn)，制作復(fù)雜。見圖1-5。 1.1.4最終選型 經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)和甄選，我們決定從構(gòu)思出發(fā)，以拱形為基本要求，結(jié)合桁架的特點(diǎn)，我們采用了如下結(jié)構(gòu)型式。 圖1.2河北趙州橋 圖1-4 三角桁架 圖1-3 中承式拱橋 圖1-6 最終模型 圖1-5 魚腹形桁架 1.2材料試驗(yàn) 1.2.1木材強(qiáng)度與含水率 經(jīng)過查閱資料，我們發(fā)現(xiàn)：木材順紋抗拉強(qiáng)度最高，抗彎、順紋抗壓強(qiáng)度稍差。由于木材的不均勻性，決定了其許多性質(zhì)的各向異性，在強(qiáng)度方面尤為突出。 木材含水率在纖維飽和含水率以下時(shí)，含水率越高，強(qiáng)度越低:含水率在纖維飽和含水率以上時(shí)，木材強(qiáng)度基本無變化。 為了避免含水率變化對(duì)材料變化帶來不利影響，木桁架盡可能采用干燥的木材。 1.2.2實(shí)際工程節(jié)點(diǎn)連接形式 在實(shí)際工程中，木結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)的連接如圖3.2所示。輕型木析架結(jié)構(gòu)分析按照簡(jiǎn)化方法模型得到桿件內(nèi)力，設(shè)計(jì)時(shí)，軸力取桿件兩端軸力;彎矩取桿件跨間和兩端彎矩的最大值。軸力的方向取為桿件幾何中心線一致 圖1-7 實(shí)際木結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)形式 1.2.3木材的力學(xué)性能 表1-1 木材順紋力學(xué)性能（變異較大） 內(nèi)容 標(biāo)準(zhǔn)值/MPa 彈性模量 7000~ 120000 抗拉 130 抗壓 45 ~ 70 抗彎 90 ~ 140 抗剪 7 ~ 15 注：表中數(shù)據(jù)僅為相對(duì)大小的參考值，不可用于精確力學(xué)計(jì)算。 1.3結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 表1-2 各桿件尺寸表 編號(hào) 截面積/mmmm 長(zhǎng)度/mm 木材顏色 1 34 600 淺 2 600 淺 3 620 深 4 620 深 5 550 深 6 550 深 7 454 淺 8 1003 淺 9 1704 淺 10 1.54 608 淺 1.4制作工藝 1.4.1截桿 裁桿是模型制作的第一步。經(jīng)過試驗(yàn)我們發(fā)現(xiàn)，截桿時(shí)應(yīng)該根據(jù)不同的桿件，采用不同的截?cái)喾椒?。?duì)于質(zhì)地較硬的桿應(yīng)該用工具刀不斷切磋，如同鋸開；而對(duì)于較軟的桿應(yīng)該直接用刀刃用力按下，不宜用刀口前后切磋，易造成截面破損。 1.4.2端部加工 端部加工是連接的是關(guān)鍵所在。為了能很好地使桿件彼此連接，我們根據(jù)不同的連接形式，對(duì)連接處進(jìn)行處理，例如，切出一個(gè)斜口，增大連接的接觸面積；刻出一個(gè)小槽，類似榫卯連接等。 1.4.3拼接 拼接是本模型制作的最大難點(diǎn)。由于是桿件截面較小，接觸面積不夠，乳膠干燥較慢等原因，連接是較為困難的。我們采取了很多措施加以控制，如用鐵夾子對(duì)連接處加強(qiáng)壓、用蠟線進(jìn)行綁扎固定等。對(duì)于拱圈的制作，則預(yù)先將桿件置于水中浸泡并加上預(yù)應(yīng)力使其不斷彎曲，并按照先前劃定的拱形不斷調(diào)整，直至達(dá)到理想形狀。 在拱腳處處理時(shí)，先粘結(jié)一個(gè)小的木塊，讓后用鐵夾子施加很大的壓力，保證連接能足夠牢固。 乳膠粘接時(shí)要不斷用電吹風(fēng)間斷性地吹風(fēng)，使其盡快形成粘接力，達(dá)到強(qiáng)度的70%（基本固定）后即可讓其自行風(fēng)干。 1.4.4風(fēng)干 模型制作完成后，再次用吹風(fēng)機(jī)間斷性地吹粘接處，基本穩(wěn)定后，讓其自然風(fēng)干。 1.4.5修飾 在模型完成之后，為了增強(qiáng)其美觀性，用砂紙小心翼翼的將桿件表明的毛刺打磨光滑，注意不要破壞結(jié)構(gòu)，以免影響其穩(wěn)定。 帶槽的小木塊，類似榫卯結(jié)構(gòu) 1.5特色處理 樹皮作節(jié)點(diǎn)板，剪成翅膀狀，貼合構(gòu)思 受拉腹桿采用雙片薄木片對(duì)夾的形式連接 圖1-8 特色節(jié)點(diǎn)處理 2、設(shè)計(jì)計(jì)算書 2.1計(jì)算模型 2.1.1支座簡(jiǎn)化 由于模型加載條件為跨中豎向集中荷載。結(jié)構(gòu)整體變形表現(xiàn)為受彎?？紤]平衡的極限狀態(tài)，我們假定底座為四個(gè)簡(jiǎn)支制作。如圖8.1.1所示。 2.1.2桿件簡(jiǎn)化 各桿件均采用3mm4mm矩形截面。分析材質(zhì)選用較為均質(zhì)的steel，其中由于不考慮自重影響，將密度設(shè)為0 kg/m3。 2.1.3荷載簡(jiǎn)化 最大加載值F M a x=15/2=7.5 kg。 2.1.4模型建立 運(yùn)用AutoCAD建立模型，保存為dxf文件導(dǎo)入SAP2000軟件進(jìn)行模型的荷載計(jì)算和受力分析。 圖 8.4.1 結(jié)構(gòu)模型圖 2.2荷載分析 橫向水平荷載大小控制在4.5kg左右，以兩個(gè)集中荷載的形式對(duì)稱加載（各2.25kg,即22.5N）在模型頂部。通過對(duì)單個(gè)桿件的理論計(jì)算，總體看來要保證結(jié)構(gòu)不破壞，主要 是要解決好桿件的受壓失穩(wěn)和各節(jié)點(diǎn)的受力情況。 圖1-9 結(jié)構(gòu)模型圖 2.3內(nèi)力分析 圖1-11 剪力圖2=2 圖1-10 截面軸力圖 圖1-13 扭矩圖 圖1-12 剪力圖3=3 圖1-15 彎矩圖3-3 圖1-14 彎矩圖2-2 2.4承載能力估算 由于受到制作誤差的限制，我們估計(jì)的最大承載力在15kg，達(dá)到滿載，但撓度會(huì)較大。 2.5破壞形式估計(jì) 1、拱腳處的木塊粘接力不夠，推力將其剪開，導(dǎo)致喪失承載力； 2、受拉桿被拉斷； 3、受壓桿受壓失穩(wěn)破壞； 4、結(jié)構(gòu)側(cè)向穩(wěn)定性不夠，受扭破壞。 【參考文獻(xiàn)】 【1】增田一真（日）著，任蒞棣譯 結(jié)構(gòu)形態(tài)與建筑設(shè)計(jì) 中國(guó)建筑工業(yè)出版社 2002.11 【2】Mechanics of Materials (美)J.M.蓋爾著 機(jī)械工業(yè)出版社 【3】Engineering Mechanics STATICS Andrew Pytel Jaan Kiusalaas 著 清華大學(xué)出版社 【4】結(jié)構(gòu)概念分析與SAP2000應(yīng)用 彭俊生 羅永坤 主編 成都：西南交大出版社 2005.10 做大一點(diǎn)，成拱橋,做三層，中間一層用多個(gè)小圓柱, 然后再下面放一個(gè)架子撐住。 把紙折成正六邊形就可以了，最堅(jiān)固，然后再做成拱形。六邊形和拱形都是很穩(wěn)的結(jié)構(gòu)，飛機(jī)翼的內(nèi)部也有六邊形的結(jié)構(gòu)。 把紙裁剪成小塊 做成一個(gè)個(gè)小紙桶 幾個(gè)紙筒粘合在一起做成捆綁 立住當(dāng)橋墩 并排紙筒粘合在一起 成子彈帶裝 做橋面 如果橋面承重不到標(biāo)準(zhǔn) 可以在上面多鋪一層 講究點(diǎn)的可以用紙捻成很細(xì)的紙繩做出拉索（看看金門大橋那樣） 這樣是最節(jié)約紙張就最大受力的狀態(tài) http://gb.cri.cn/14558/2007/07/29/2685@1696197.htm 先把紙卷成細(xì)的卷，要卷緊。這個(gè)卷能承受的壓力不會(huì)很大，而且越長(zhǎng)承受的壓力就越小，越易被壓壞。但是卷能承受的拉力是很大的，他們是調(diào)整結(jié)構(gòu)把這些卷全變成受拉構(gòu)件。在非要受壓不可時(shí)，他們把紙卷截的短些，用很多細(xì)的紙卷在這個(gè)受壓的地方共同承受壓力。具體方案我也不知道，不過你可以根據(jù)這些自己想辦法，我想你肯定行的。好像這個(gè)方案的指導(dǎo)老師是個(gè)博士！ [此文檔可自行編輯修改，如有侵權(quán)請(qǐng)告知?jiǎng)h除，感謝您的支持，我們會(huì)努力把內(nèi)容做得更好] 最新可編輯word文檔