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1、科技创新活动题目：纸质桥梁模型制作年级专业：2011级水利水电工程班级：一班学生：* （组长）* * * * * * * * * * *指导教师：* * *日期：2013年7月11日城乡建设与工程管理学院11级水利水电工程专业1班科技创新活动任务书之纸质桥梁模型制作1、桥梁模型要求：（1）桥梁模型总长度1000mm，制作误差不得超过10mm总 宽度250mm，制作误差不得超过5mm，可采用多种桥梁型式。（2）桥面须是水平的。（3）桥的制造必须保证假设小车的正常通过。假设小车的尺寸 是长30cm宽21cm高19cm的平板小车。2、材料要求：A0绘图纸及白乳胶3、 加载方法：在桥梁跨中逐渐加载直至
2、模型失效。失效标准为：（1）模型无法按照现场条件正确安装就位；（2） 因模型的部件障碍或变形过大或模型发生破坏等原因，使 得小车不能顺利到达彼岸。（3）桥梁在加载的过程中最大挠度超过 2.5cm。（4）超出正常允许情形的其它失效情况。4、分组要求：全班57人分成10组，其中7组6人，3组5人。5、模型加载时间：星期四下午2点开始。6、评分标准：本活动以锻炼学生的创新思维及团结协作为目的，评分根据学生的作品及在活动中的参与表现综合评分 。科技创新活动报告纸质桥梁模型设计一、模型结构分析（一）、材料力学性能分析纸作为模型材料，其力学性能特点是受拉性能良好，抗撕裂能力 差，抗弯压能力近似为零。将纸折
3、成圆筒并用乳胶粘结后，可承受 一定的压力，但受长细比的限制，多为压杆失稳状态的受力破坏。 可承受少许弯矩。乳胶的粘接性能：纸带对接时强度降低，纸带侧接时，强度较高， 认为与母材强度相同。（二）、构件力学性能经过分析，纸卷成圆筒后，承拉能力远大于承压能力。在此构件力 学性能分析的基础上，我们一致认为：方案应多选择为拉杆，压杆 短而受力小，尽量不使其受弯矩。二、设计方案分析在模型结构分析的基础上，我们对以下几种设计方案进行了分析。1简支梁。简支梁受部分均布荷载。由于构件受弯是非常不利的， 因此如果选用简支梁的形式，梁纵截面应选用鱼腹梁的形式。但制 作难度大。如果梁为几片相同形状的纸粘接加厚而成，则
4、侧面易失稳。因此不便采用2拱形结构。拱桥最适于承受均布荷载，但在制作上较费材料。由 于拱桥需要由很密的拱作片拼成，中间加肋，因此桥的自重较大， 不便采用。3.桁架结构。由弯矩分布可以看出，采用梯形桁架较接近弯矩分 布，是合理结构。由于在要求荷载下，架桥水平方向必有压力，且 要承受部分均布荷，是处于局部弯压状态。要使构件有较良好的压 弯性能，必须多用材料，因此考虑通过局部构造措施，将均布荷载 转换为两点或多点集中荷载，结构须是对称的。三、具体方案通过对多种设计方案的分析和比较 ，我们决定采用梯形桁架结构方 案。取上、下圆筒轴线距 165mm，模型跨度 940mm，实际长 1000mm，宽度250
5、mm，中间倒V字型杆约成90 ，符合设计要 求。考虑到压杆长细比限制，拉杆的抗撕裂能力等因素，杆件尺寸 定为内径16mm，外径18mm，其间还有零杆，起到稳定结构的作 用。所有杆件圆筒均用外径16mm的不锈钢圆杆做模具。四、实际制作1杆件的制作。以外径16mm的不锈钢圆杆做模具。全桥共由56根杆件粘接组合而 成。其中，4根主跨杆为1000mm 长，200mm宽纸条卷成；24根 斜杆和14根水平连接杆为250mm长，100mm宽纸条卷成；14根 竖直压杆为200mm长，100mm宽纸条卷成。视实际拼接情况加以切削。在粘接杆件时，为了防止乳胶干缩使杆件变形，杆件在模具 上粘接，晾干后方才取下。2结
6、点。由结构力学的知识知这些结点都可按铰结点设计 ，将杆件 需要粘接的一端剪成花瓣状 （剪切的部分已计入卷纸长），然后与 主杆件粘合。3加固和美化。待所有杆件全部组装完毕且完全晾干后检查每个结点，加固欲脱落的结点，在每个结点上均匀涂刷一层乳胶。将1000mm X250mm 的桥面和桥底粘合到桁架结构上图为制作完成后的桥梁整体结构五、桥梁模型加载实验1、加载前称重：全桥共515g ;尺寸测量：长1004mm ,宽250mm ,符合任务书中要求的允许误差范围。2、加载按任务书要求，将桥梁模型装于实验台上。以加载实验砝码作为载上图为加载实验荷，逐级加载，记录加载重量观察各杆件破坏情况及桥梁变形挠度，当杆件发生破坏或者挠度3、破坏形式分析：由于各杆大致等强度，而结点 强度有保证，当加载重量达到 29354g 时桥梁挠度达到 25mm，杆件未发生较大破坏。大于25mm时停止加载上图为加载过后的桥梁模型六、活动小结为了更好的完成此次科技创新活动，我们积极搜集整理各种资料，在这其中学到了不少课堂上无法学到的知识，使我们更好的把课堂理论知识运用于实际。通过此次活动，锻炼了我们的创新思维，提 高了我们动手动脑能力和解决问题的能力，使我们懂得了团队合作的重要性，融洽了生生和师生关系。
