桥梁结构设计理论方案

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1、桥梁结构设计理论方案目录方案构思1、设计思路2、材料力学性能分析3、结构选型4、结构尺寸说明5、连接方式的选择6、桥墩结构的选择二、制作工艺1、截杆2、拱形加工3、端部加工4、拼接5、风干6、修饰三、计算书1、荷载分析2、设计假定3、简化模型4、计算简图（1）、位移图（2）、轴力图（3）、剪力图（4）、弯矩图5、材料用量统计四、其他特色方面说明五、设计总结六、结语一、方案构思1、设计思路对于此次的设计，我们分别考虑了斜拉桥、悬索桥和 拱形桥的设计方案。斜拉桥可以看作是小跨径的公路桥， 且对强度有较高的要求，进而斜拉桥对材料的要求比较高， 而对于所用桐木的强度斜拉桥自然没有其他结构承重能力 强；

2、而悬索桥虽然可以充分利用材料的强度，并且具有省 料，自重轻的特点，但是考虑到其悬索在此次设计中只能 采用蜡线或桐木条，因为蜡线的弹性模量较小，在力的作 用下变形会比较大，从而会导致桥梁挠度值较大，然而桐 木条又会增加桥体自重，所以我们也放弃了做悬索桥的想 法；因为拱形结构的跨越能力较大，可以节省材料，而且 构造较简单，外形美观，所以几种桥型相比之下，我们决 定采用拱形结构方案。2、材料力学性能分析（1）、桐木桐木的顺纹抗压强度比抗拉强度低，因此用桐木 做拉杆能够更好的利用材料。桐木强度指标的离散性 大,变异性强。由一于部结构不均匀导致的应力集中所 致。尤其是抗拉强度，因此受拉杆件宜采用较大的安

3、 全系数。木在受压时，在某个较小力值围会产生很大 的变形；当变形到达一定数值时，桐木所能承受的压 力急剧增大，但此时变形却很小。桐木为各向异性材 料，顺纹方向与横纹方向受力性能差异较大。制作中 要避免横纹受力。（2）、蜡线蜡线的弹性模量较小，受力变形较大，所以不宜 用作悬索等承重结构中。3、结构选型我们借鉴古代拱形桥梁的设计理念，充分利用拱形结构 良好的抗压能力，并在两侧悬挑出去的部分采用半拱的形式 增强桥梁整体的承载力，根据力的传递原理，我们在主拱和 两侧半拱之间各增加了一个小拱对桥身进行加固，巧妙的将 桥面结构的承重力以拱形的传递路径传递，从而达到分担主拱压力的作用，并使力的传递路径缩短，

4、同时可以有效控制小车在跨中时的桥面挠度值；为了减轻桥体自重，桥墩采用箱型结构，并将两侧小拱进行结构优化，有效节省材料，我 们最终确定的上承式拱梁结合结构方案既充分发挥了拱形 结构的承重优势，又使桥体结构美观。4、结构尺寸说明此次结构设计的桥梁结构为单跨桥梁，桥梁总长1600-1680mm,单跨跨度大于1000mm，桥下净空至少 355mm，悬臂端部不小于320mm。5、连接方式的选择连接方式是本模型制作的关键之一。由于是杆件截面 较小，接触面积不够，乳胶干燥较慢等原因，连接是较为 困难的。我们将采取很多措施加以控制，如用铁夹子对连 接处加强压、用蜡线进行绑扎固定等。乳胶粘接时要不断用电吹风间断

5、性地吹风，使其尽快 形成粘接力，达到强度的70%（基本固定）后即可让其自 行风干。6、桥墩结构的选择根据本次比赛中的加载方式，我们认为桥墩不仅仅 要承受压力，还要承受由拱结构引起的水平推力，所以 桥墩要有较强的抗扭能力，于是我们采用箱型结构制作 桥墩。二、制作工艺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。2、拱形加工对于拱形的制作，则预先将杆件置于水中浸泡并加 上预应力使其不断弯曲，并按照先前划定的拱形不断调 整

6、，直至达到理想形状。在对拱脚处进行处理时，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。3、 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，增接的接触面积；刻出一 个小槽，类似榫卯连接等。4、 节点及其详图拱形结构与桥墩的节点将采用白乳胶粘结并用蜡线 捆扎的形式。5、 风干模型制作完成后，再次用吹风机间断性地吹粘接处， 基本稳定后，让其自然风干。6、修饰在模型完成之后，为了增强其美观性，用砂纸小心 翼翼的将杆件表明的毛刺打磨光滑，注意不要破坏结构， 以免影响其稳定。三、计算书1、 荷载分

7、析加载时先使模型的中轴线与加载仪器的中轴线重合 ,将面板轴 线对准加载仪器轴线重合放好后铺上；选手自行摇动手轮 ,牵 引小车从加载仪器的一端到达另一端。所以我们分析荷载，其 横载主要有自重，桥面板重，活载为小车荷载，引起速度慢， 可认为其为拟静力荷载。2、 设计假定（1）、材质连续，均匀；（2）、梁与索之间结点为铰结，梁与塔柱（撑杆）之 间的连接为刚结，撑杆与下部拉条之间为铰结，桥梁支座为 连续弹性支座；（3）、桥面和桥梁本身质量以均布荷载作用在整个梁 上，加载时，车辆移动荷载以集中力的形式作用在指定的梁 上；（4）、杆件计算时采用结构的计算模式。 根据以上假定，通过结构力学求解器建立计算模型

8、，所 得的力和位移作为构件设计的依据。3、简化模型4、计算简图位移图（12 ) 、 轴 力 图3）、剪力图（4）、弯矩图5、材料用量统计我们的模型希望将材料性质发挥到最大，所以没有多余的桁架与斜撑，大多构件为拱形，所以构件的使用较长，粗略估计，我们大约需要3根2m长的桐木。四、其他特色方面说明1、主拱与桥梁之间的连接没有采用普通的杆件，而是在两侧 各增加了一个小拱形构件，充分发挥拱形结构的优势，并充分 利用曲线美打造美观外形；2、采用箱型结构的桥墩，增强其抗扭能力的同时减轻桥体自 重，节省材料。五、设计总结针对跨中弯矩过大的情况，我们决定将中部做成鱼腹梁形状，来 抵抗较大的弯矩，减少过大的挠度

9、，这样取得了很好的效果。件的失稳以及无法确定材料的极限弯矩，这使得计算结构存在诸多不 确定因素和误差。在设计过程中，我团队遇到了很多困难：一方面，我团队欠缺很 多桥梁结构设计方面的知识；另一方面，我团队对于画图软件和力学 计算软件的熟悉程度有所欠缺；此外，我团队还缺少构建材料的相关 数据，这使得计算对我们而言有了相当大的难度。我团队查阅了相当多的资料，且听取了各方面的意见，并咨询了 老师有关结构设计的数据，这对我们的设计提供了巨大的帮助作用。 我团队经过反复的推敲和计算，最终将数据图纸全部确定下来。自确定参赛以来，我组各位同学都抽出了大量的时间来参与到结 构的设计与研究过程中，本次设计是全组成

10、员的共同的劳动成果，这 次比赛增强了我们的团队合作精神，大大丰富了我们的桥梁知识，提 高了我们的动手和思考能力，为我们今后对桥梁的学习打下了良好的 基础，使我们都获益匪浅。真诚的希望老师能提出宝贵的建议和意见，指出我们出现的问 题。六、结语桥梁拥有非常古老的历史，但仍是一个新颖的话题。由公元605 年春设计建造的州桥，到2004 年竣工的横跨黄浦江的卢浦大桥，桥 梁的形式在不断的更新和变化。新材料的不断出现，结构形式的不断 创新，让桥梁设计仍然极具挑战。拿到大赛要求，我们觉得这个课题还是有相当大的挑战性。首先， 我们查阅了很多世界著名桥梁和各种结构设计大赛的桥梁模型，经过 反复研究，我们最终确定桥梁的形式为：上承式拱梁结合结构。确定 形式后，我们先初步确定桥梁的大致尺寸，然后运用结构力学求解器 和理论力学、材料力学、结构力学和荷载分析等学科的知识，计算出 结构各个部分的力，后根据拱形结构的优化方法，逐步优化桥梁的尺 寸，最终确定桥梁的最终尺寸。尺寸确定后，我们着重研究了桥梁模 型的制作方法，确定出一套合理的制作工艺。希望通过本次大赛能够让我们使自身的自主学习能力和动手能 力有所提高。