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1、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
2、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1-1颐和园玉带桥图1-2河北赵州桥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,且挠度限制较好,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
3、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, 们采用了如下结构型式.以拱形为根本要求,结合桁架的特点,我图1-4三角桁架图1-5鱼腹形桁架图1-6最终模型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
4、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根据简化方法模 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央线一致图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715注：表中数据仅为相对大小的参考值,/、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p截回积/mmK mm长度/mm木材颜色1600浅2600浅3
5、620深一4620深53X4550深6550深745X4浅8100X 3浅9170X4浅101.5 X 460 X 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, 类似桦卯连接等.1.4.3 拼接拼接是本模型制作的最大难点.由
6、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.我们采取了很多举措加以限制,如用铁夹子对连接处增强压、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,并根据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% 基 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,
7、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.1.5 特色处理图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 杆件简化各杆件土!采用3mm 4mm巨形截面.分析材质选用较为均质的steel ,其中由于不考虑3自重影响,将留度设为0 kg/m .2.1.3 荷载简化最大加载值 F m a x =15/2=7.5 kg .2.1.4 模型建立运用AutoCAD建立模型,保存为 dxf文件导入SAP200
8、0软件进行模型的荷载计算和受力分析.2.2 荷载分析横向水平荷载大小限制在 4.5k g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1-10 截面轴力图图1-11 剪力图2=2图1-12 剪力图3=3图1-13 扭矩图图1-14 弯矩图2-2图1-15 弯矩图3-32.4 承载水平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
9、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 2002.112 Mechanics of Materials 美J.M.盖尔著 机械工业出版社【3】Engineering Mechanics STATICS Andrew Pytel Jaan Kiusalaas 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,
10、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I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二 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 I 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！