基于结构设计竞赛的撞击荷载下竹质桥墩稳定性研究 Summary：随着科技的进步，我国大型桥梁逐渐增多，伴随着越来越多桥梁的出现，桥墩受撞事件不可避免地增加，桥墩作为桥梁的重要组成部分，影响着桥梁的整体安全性本团队以桥墩结构为主要研究对象，以提高桥梁承载力为重点，设计出可靠结构，并进行多次加载试验验证，从而达到增强桥墩抵抗瞬时撞击荷载的能力通过查阅第十六届全国大学生结构设计大赛国赛以及各省、直辖市、自治区分赛区参赛作品，研究这些作品的桥墩结构，总结设计的优缺点，进行二次设计再通过盈建科软件进行建模计算统计分析计算结果，利用专用竹材手工制作符合要求的结构模型对模型进行撞击实验，通过实验验证结构的可行性并吸取经验，总结优点，进一步改善、建立更优的结构体系框架Keys：竹制桥墩 结构设计 盈建科 第一章方案构思1.1研究目的分析撞击荷载对竹制桥墩的影响机制，通过理论分析、数值模拟及实验验证，全面揭示撞机荷载作用下竹制桥墩的受力状态、变形特点及破坏模式，为后续的稳定性评估和设计优化提供基础数据并针对竹制桥墩在撞机荷载下可能出现的稳定性问题，结合其受力特点与破坏模式，提出一系列能有效的增强桥墩稳定性的措施，如优化结构设计、改进竹材处理工艺、规范制作流程等。
最终设计出综合性能最优的桥墩1.2结构设计设计并建造一座两跨四车道桥梁，保证桥面承载良好的情况下，测试桥墩承受移动和撞击荷载的能力，同时控制结构变形桥梁连接A、B两岸，小车通过绳索牵引上桥并离开两岸尺寸相同，钢夹板用于固定桥端，允许有限移动光幕位移计用于监测桥墩处挠度加载分为二级，采用抽签和撞击荷载方式通过有限元分析和加载试验，优化模型以平衡位移和质量1）方案一前端两桥墩柱子使用6mm×6mm实心“工”字型截面，后端两柱采用6mm×8mm空心箱型杆件，由两层0.35mm厚竹皮粘合两纵梁为7mm×7mm空心箱形截面，由四根1mm×6mm竹片粘合拱身由1mm×6mm竹片和两根2mm×2mm竹杆粘合，次梁为2mm×4mm实心杆件连系梁截面与桥墩相同，为箱型下端横梁拱身用0.35mm厚竹皮裁剪，加3mm×3mm竹杆支撑模型重227.5g，下部结构稳定，造型独特，桥墩变形小但模型重，制作耗时，经济性差2）方案二模型基于方案二进行了改进，采用工字型柱子和上承式结构，以利于荷载向两侧传导横纵梁保持T形截面，上承式拱身仍为工字形在拱身与纵梁间新增斜撑以增强桥面刚度，斜撑为实腹圆杆改进后桥面刚度提升，桥面宽度减小，结构稳定性增强，变形减少。
但仍然加载失败，存在桥墩变形大，支撑不稳定，侧向位移超限的问题3）方案三我们更换了桥的结构形式，将上承式拱桥改为鱼腹式桁架结构，优化了上承式拱桥所存在的不足，横梁与纵梁截面形式较上一个模型没有较大变化，但减小了横梁与纵梁的间距并在桥墩受撞击位置增添了防撞设置，桥梁加载成功桥墩重量轻，制作简单，变形小，受撞稳定，没有损坏第二章实验与分析2.1 实验前准备（1）模型制作所需竹材（2）模型测试工具2.2 结构测试（1）杆件测试用两根1mm×6mm厚的竹条和两根2mm×2mm竹杆粘成截面为6mm×6mm的工字型杆件，此杆件我们作为桥墩柱子，它用于支撑整个桥梁结构，能够起到抗压抗扭，和维持整体稳定性的作用2）节点连接由于模型结构节点及连接杆件较多，节点连接对结构整体影响较大，所以对节点进行了加强处理3）桥面连接横梁采用截面为6mm×6mm的工字型杆件，经过砂纸打磨，增大了接触面积上的粘合力，使横梁和柱子能完美的贴合2.3强度分析在本节中，我们将对不同荷载条件下的结构强度进行详细分析首先，一级荷载情况如下：两辆分别重50N的小车从A桥出发，沿着路径行驶至J3减速带（桥墩正上方）在减速带上停留10秒钟后，小车继续行驶至B桥。
接下来，二级荷载情况如下：两辆分别重60N的小车从A桥出发，沿着路径行驶至J3减速带在J3减速带上发生撞击后，小车停留10秒钟，然后继续行驶至B桥通过分析，我们发现J3减速带出现了变形现象，但整体结构仍然保持基本稳定2.4小结综合模型强度刚度稳定性分析，可以得到模型结构各杆件受力均以单向拉、压为主通过横梁与纵梁的合理布置，提高桥面整体刚度，限制小车位移第三章 节点构造与施工3.1 节点构造表6-1主要节点参数表编号三维图实景图数量J1 [图片]1个J 216个3.2组装工艺要求1.模型定位要准确2.模型要整洁严谨3.节点处连接要牢固3.3 粘贴工艺要求1.杆件与杆件之间的连接胶水不宜过多2.如果杆件与杆件之间的缝隙过大，可采用在缝隙处添加竹末的方法使其接触面积增大，而且很大程度上加强了节点第四章 结构设计与成果此桥以四根主梁为主体，主梁长1225mm，主梁775mm处设置两根桥墩柱，柱长为250mm，用来支撑模型的重量和两个小车产生的动荷载，考虑到二级荷载小球的冲击，在柱子中部设置了一道支撑，这样可以给柱子预留一定的变形能力，用来吸收小球冲击所产生的能量，不至于让柱子产生脆性破坏，还增加了柱子的刚度，使其拥有更大的承载能力。
在结构选型时，考虑了梁和桥墩柱荷载的差异，分别采用“T”形和“工”字型截面边梁用1mm×6mm竹条和2mm×2mm杆件制作，中间梁用1mm×3mm竹条和2mm×2mm杆件制作，以发挥材料的抗拉和抗压性能桥墩柱子采用两根1mm×6mm竹条和一根3mm×3mm杆件的“工”字型截面，因其稳定性及抗压能力适合做柱子主梁采用“T”形截面，共有7个主跨，每跨宽110mm，后接10根次跨，宽111mm每根次梁下设鱼腹式支撑桁架以增强刚度和承载力主梁下端也设两跨鱼腹式桁架分担荷载右侧支座处设斜撑，增强整体性模型框架由竖向和水平构件及鱼腹式桁架构成在最终的测试中，真实碰撞测试依据模拟测试步骤进行经过最终测试，真实碰撞测试与模拟测试结果基本一致，模型结构可靠，符合预期目标最终测试成功第五章 心得体会有机会能够参加此次大创比赛，作为朝气蓬勃的我们，这是一次对我们专业知识与实践探索相结合的考验！自拿到项目开始以后，我们开始学习软件，并且模拟撞击荷载下变参数两跨四车道桥梁结构，经过和老师的讨论和研究，再进行了大量的实践练习通过对认真研究与分析，我们通过一次又一次的设计、模拟、试验与优化，并且在不断的进行技术创新，思维创新，做到具有新的创意，不断的探索和不断的优化中得到了较满意的模型方案。
在这次模型设计和优化的过程中，我们懂得了实践是检验真理的唯一标准，并且对专业知识有了更为深刻的理解与运用；也明白了“众人拾柴火焰高”的含义，在遇到困难和问题时，我们齐心协力，迎难而上，相互鼓励，最终通过不断地努力和学习，克服了各种困难，解决了各种问题，我真切的认识到了团队合作的力量多一个人就多一种思路，我们应该向身边每一个人虚心学习，这次模型设计让我体会到了团队合作的快乐，获益良多，对我们的各方面能力都有了很大的锻炼，提高了动手能力、应变能力以及思考能力竞赛意义不仅仅是结果，更重要的是学习与成长的过程在这段时光里，既有失败的恼怒也有成功喜悦，既有奋斗的汗水也有高兴的欢笑最后，这里我们要特别感谢我们的指导老师以及帮助我们的其他老师和同学，由于你们的指导和鼓励，使我们得到了很多知识和想法有了更大的提升！ 柯德荣，籍贯：甘肃兰州，学历：本科，陇东学院 -全文完-。