西南交大第十五屆結(jié)構(gòu)設(shè)計競賽橋梁承重組計算書

1、西南交通大學第十五屆結(jié)構(gòu)設(shè)計競賽橋梁承重B組設(shè)計理論方案作品名稱 H型斜拉橋 參賽編號 B27 組長姓名 班級 土木7班 學號 2014110302隊員姓名 班級 制藥1班 學號 2014114279隊員姓名 班級 土木5班 學號 2014110248組長電話 西南交通大學第十五屆結(jié)構(gòu)設(shè)計競賽組委會二一五年摘 要橋梁建筑的設(shè)計講究造型美觀、受力合理、節(jié)省材料、承載力大、制作精細。作為一個土木學子，我們的目標是成為一名優(yōu)秀的土木工程師，因此我們想通過參加這樣的一次結(jié)構(gòu)設(shè)計大賽，提前感受下“工程師”的滋味。在此次結(jié)構(gòu)設(shè)計大賽中，我們對模型選型設(shè)計等經(jīng)過了長時間考慮，最終決定做成雙塔雙索面斜拉橋，整

2、個過程全方位模擬了從設(shè)計到施工各個環(huán)節(jié)，讓我們真實的了解到了真正的施工過程中遇到問題是難以預(yù)測的，在發(fā)現(xiàn)問題是，仔細想出一個完美的解決方案才是我們應(yīng)該去做的。在做橋過程中，出現(xiàn)過一個重大問題，當我們把橋做好后，在距離比賽僅有兩天多的時間里不小心被別人踩了一腳，在這種情況下，我們沒有選擇放棄，而是加班加點趕制模型，因為我們知道第二遍做起來應(yīng)該是得心應(yīng)手的，并且可以改進很多在第一次沒做太好的部分，這樣想來，這并不失為一件好事。在做橋過程中，我們切身體會到了作為一名工程人員的自豪，從一個什么也不會的大一學生瞬間成了一群能夠自主設(shè)計制造一座橋梁的土木人，經(jīng)過本次結(jié)構(gòu)大賽，我想無論結(jié)果怎么樣，我們不會太

3、去在乎，我們在乎的是在這個過程中，我們終究是沒有放棄，也讓我們體會到了橋梁的美，提升了對未知知識學習的興趣。關(guān)鍵詞 模型，斜拉橋，荷重比，撓度，節(jié)點，承重目錄一.設(shè)計說明書.- 1 -1 方案構(gòu)思- 1 -1.1作品名- 1 -1.2造型- 1 -2 結(jié)構(gòu)選型- 1 -2.1設(shè)計準則- 2 -2.2 整體選型- 2 -3材料試驗- 2 -3.1模型稱重- 3 -3.2模型的模擬加載試驗- 3 -4 結(jié)構(gòu)設(shè)計- 3 -4.1結(jié)構(gòu)整體布置圖- 3 -4.2構(gòu)件尺寸詳細設(shè)計- 3 -4.3構(gòu)造（節(jié)點）設(shè)計- 6 -4.4 模型三維效果圖- 7 -5 特色處理- 8 -6 制作工藝- 8 -二、模型計

4、算書- 8 -7計算模型- 9 -7.1模型簡化- 9 -7.2荷載模擬- 9 -8 內(nèi)力分析- 10 -9 材料參數(shù)（以下略）- 11 -10 承載力估算- 11 -參考文獻- 11 - - 11 - 一、 設(shè)計說明書1 方案構(gòu)思對于本次結(jié)構(gòu)設(shè)計，我們首先對賽題進行了詳細分析，考慮到組委會提供的材料特點以及賽題對橋型的限制，從安全、耐用、美觀的角度出發(fā)，我們選擇了現(xiàn)在作為我國大跨徑橋最流行的橋型之一的斜拉橋。斜拉橋作為一種拉索體系，比梁式橋的跨越能力更大，是大跨度橋梁的最主要橋型。50年代中期，瑞典建成第一座現(xiàn)代斜拉橋，40多年來，斜拉橋的發(fā)展，具有強勁勢頭，改革開放后，我國修建斜拉橋的勢頭

5、一直呈上升趨勢。1.1作品名H型塔斜拉橋1.2造型 按照賽題細則要求，我們將橋設(shè)為不等跨的三跨，為了滿足在視覺上突出表現(xiàn)和保證模型有足夠承載力以及制作簡便的條件下，橋塔采用H型塔，斜拉索型為輻射式，選擇了主跨、邊跨之為2:1，橋的全長為1780mm，橋面寬為230mm,橋面上方通行凈空高度為200mm，H型橋塔高250mm，主梁為三根，每根主梁由兩塊長1780mm，高30mm的PVC條粘貼而成，九根大橫梁，16根T型小橫梁，其具體尺寸大小見“4.2構(gòu)件尺寸詳細設(shè)計”。2 結(jié)構(gòu)選型方案比較u 斜拉橋 斜拉橋由索塔、主梁、斜拉索組成。是一種由一條或多主塔與鋼纜組成來支撐橋面的橋梁。是由承壓的塔，受

6、拉的索和承彎的梁體組合起來的一種結(jié)構(gòu)體系。斜拉鎖的兩端分別錨固在主梁和索塔上，將主梁的恒載和車輛荷載傳遞至索塔，再通過索塔傳遞至地基。因而主梁在斜拉鎖的各點支承下，像多跨彈性支承連續(xù)梁一樣，可使梁體內(nèi)彎矩大大減小，使主梁尺寸大大減小，顯著減輕了結(jié)構(gòu)重量，節(jié)省了材料。u 拱橋拱橋是我國歷史悠久的一種橋型，拱式結(jié)構(gòu)在豎向荷載下，兩端產(chǎn)生水平推力，使拱內(nèi)產(chǎn)生軸向壓力，從而大大減小了拱圈的截面彎矩，充分利用截面材料強度，使跨越能力增強。但拱橋自重大，相應(yīng)的水平推力也較大，該橋型在保證具有足夠承載能力的時候不易滿足大賽對模型質(zhì)量的要求，而且拱形模型不易制作。u 懸索橋懸索橋是用懸掛在塔架上的強大纜索作為

7、主要承重結(jié)構(gòu)的橋梁。它由主纜、橋塔、錨碇、吊桿、加勁梁、鞍座及橋面結(jié)構(gòu)等幾部分組成。其中主纜、橋塔和錨碇構(gòu)成主要承重結(jié)構(gòu)，梁則主要提供橋面、傳遞荷載及維持抗風穩(wěn)定的作用。如果不設(shè)加勁梁，因而剛度較小，在車輛荷載作用下，橋面將隨懸索形狀的改變而產(chǎn)生S形的變形，由于材料剛度不夠大，當設(shè)足夠強度加勁梁時必然會使橋體質(zhì)量大大加大。選型結(jié)果最終根據(jù)比較模型制作難易程度以及組委會提供的材料特點，我們組選擇了雙塔雙鎖面斜拉橋。2.1設(shè)計準則1.符合賽題橋型要求、各尺寸要求與對材料使用限制的要求2.在滿足安全的條件下盡量少使用材料，以減輕橋梁自重和節(jié)約成本3.注重結(jié)構(gòu)美觀、簡潔2.2 整體選型滿足視覺審美需求

8、、制作簡易以及安全可靠的要求，橋梁選用主邊跨之比為2:1的H型雙塔雙鎖面斜拉橋。3材料試驗經(jīng)實驗檢測，得到如下材料特性：1.白卡紙力學特性試驗試樣自重 241g/m2試樣厚度 0.3mm試樣寬度 30mm試樣原始標距 200mm最大力對應(yīng)位移Nmm第一根117.1811.46由上述實驗結(jié)果可以知道：白卡紙受拉性能較好，適于用作橋面 2.軟質(zhì) PVC 塑料板：厚度 2mm，力學性能參考值：彈性模量 1.5-15MPa，抗拉強度 30MPa。適于用于制作梁等結(jié)構(gòu)構(gòu)件。3. AB膠：強度很大，適用于模型結(jié)構(gòu)構(gòu)件之間的連接。4.鉛發(fā)絲線力學特性試驗試樣自重 0.71g/m試樣直徑 1.1mm試樣原始標

9、距 200mm最大力對應(yīng)位移Nmm第一根67.8135.76由實驗結(jié)果可知：鉛發(fā)絲線抗拉強度較大，但由于其具有一定彈性，當承受力較大時仍會有較大變形量，可以在制做之前給予其足夠的拉力，使其失去形變能力，這樣就適用于模擬懸索橋和斜拉橋的拉索。3.1模型稱重870g3.2模型的模擬加載試驗由于沒有加載的砝碼，故采用如圖如圖所示的方法進行檢測，用書將模型橋塔處支撐，使其懸空，然后在各跨跨中放上一定質(zhì)量的重物，檢測斜拉鎖強度與撓度大小。4 結(jié)構(gòu)設(shè)計橋為三跨斜拉橋，主梁采用連續(xù)梁形式，橫梁采用T型梁形式，橋塔采用H型簡易橋塔，斜拉索型為輻射式4.1結(jié)構(gòu)整體布置圖4.2構(gòu)件尺寸詳細設(shè)計T型橫梁尺寸示意圖大

10、橫梁尺寸示意圖主梁尺寸示意圖4.3構(gòu)造（節(jié)點）設(shè)計 接口設(shè)計：對于主梁與橫梁的接口，我們采用“削掉一半”嫁接的方式，兩桿分別削掉一部分后，涂膠拼接，然后用節(jié)點卡卡住，待交干后再補膠一次。4.4 模型三維效果圖5 特色處理1.橫梁采用大小橫梁交叉，在保證橋梁剛度的同時，有效的減輕了橋體的質(zhì)量2.在小橫梁的地方，用鉛發(fā)絲線按如圖處理，在減輕重量的同時保證了中間主梁的安全3.橫梁采用T型結(jié)構(gòu)，在保證抗壓強度的同時，保證了橋面與梁的接觸面積，使橋面更安全不下陷4.梁采用網(wǎng)格分布，使其受力均勻有效的將橋面上的力通過橫梁傳遞給主梁，再傳遞給斜拉鎖，最后傳遞給橋塔5.節(jié)點采用節(jié)點卡，有效防止桿件脫落6.安裝

11、斜拉鎖時給了通過一定的手段斜拉索一定的預(yù)張力，其給主梁一個初始的支承力，以調(diào)整主梁初始內(nèi)力，使主梁受力狀況更加均勻合理，此外，斜拉索軸向產(chǎn)生的水平分力對主梁施加預(yù)壓力，從而使主梁的抗裂性能增強，節(jié)約主梁材料，是橋梁自重減輕6 制作工藝1.各個桿件均勻砂紙打磨，使其易于粘貼2.制作統(tǒng)一大小、形狀的節(jié)點卡，使其美觀3.在上索時，采用給主梁一個反向壓力的方法（如下圖），以保證斜拉索具有一定的預(yù)張力二、 模型計算書7計算模型 橋梁為不等跨的三跨，在中跨的二分之一處梁的最大剪力和最大彎矩均為最大，故取中跨進行研究，以便受力分析和強度計算。7.1模型簡化斜拉橋中跨由于具有對稱結(jié)構(gòu)，橋面上受到的力均有橫梁傳

12、遞給主梁，因此可以直接將斜拉橋橋面簡化為一根主梁受到垂直向下的壓力作用當主跨最大剪力和最大彎矩均為最大時，受力示意圖如下： 主梁的最大剪力為集中荷載加于橋面二分之一處時.有加載規(guī)則 Fmax=140N 梁的最大剪力為 Fsmax=70N Mmax=70N*400mm=28N*m7.2荷載模擬利用Midas Civil 821 建模分析 得到主梁主跨的彎矩圖與反向受力圖8 內(nèi)力分析斜拉橋內(nèi)力分析：模型加載時，橋面受到移動小車給予的豎直向下的壓力，然后橋面將該壓力均勻分布在網(wǎng)格式橫梁上，橫梁在分布給主梁，同時中間主梁受到砝碼對其的拉力，又通過橫梁傳遞給兩邊的主梁，最終兩邊主梁受到豎直向下的壓力傳遞給斜拉索，斜拉索產(chǎn)生斜向的拉力，其中每根索關(guān)于橋塔對稱，因此其水平分力大小相等、方向相反，在橋塔處受到的合力豎直向下，該力再通過橋塔傳遞給加載架子，實現(xiàn)力從橋面?zhèn)鬟f到