第一组桥梁结构设计计算书

一、设计要求

竞赛模型为木质单跨桥梁结构，采用木质材料制作，具体结构形式不限。 1.几何尺寸要求

(1) 模型长度：模型有效长度为1200mm，两端提供竖向和侧向支撑。对于竖向支撑，每边支撑长度为0-70mm。

(2)模型宽度：在模型有效长度范围内（中央悬空部分），模型宽度应不小于180mm，最宽不应超过300mm；在支座范围内，宽度不限，但不应超过320mm 。

(3) 模型高度：模型上下表面距离最大位置的高度不应超过400mm；为方便小车行驶，中央起拱高度不应超过40mm；端部支座位置处的高度不应超过150mm。

2.结构形式要求

对于结构形式没有特定要求，桥面设置两个车道，每个车道宽不得小于90mm，车道之间不能有立柱、拉索一类的构件。

结构可以仅采用竖向支撑的方式，也可以采用竖向和侧向同时支撑的方式来实现约束。

3.材料

(1)木材：用于制作结构构件。有如下两种规格：

木材规格（单位：mm） 材料

2 mm×2 mm×1000mm 桐木 2 mm×4 mm×1000mm 桐木

2 mm×6 mm×1000 mm 桐木 4 mm×6 mm×1000mm 桐木 1 mm×55 mm×1000 mm 桐木

木材力学性能参考值：顺纹弹性模量1.0×104MPa，顺纹抗拉强度30Mpa。 (2) 502胶水：用于模型结构构件之间的连接。

二、结构选型

桁架桥（truss bridge）是以桁架作为上部结构主要承重构件的桥梁。在桥梁中被广泛应用，如大家熟知的现代诗人徐志摩脍炙人口的《再别康桥》中的桥就是一座桁架桥。我国1993年建造的九江长江大桥，是京九铁路和合九铁路的“天堑通途”，为双层双线铁路、公路两用桥，铁路桥长7675米，公路桥长4460米，其中江上正桥长1806米，是世界最长的铁路、公路两用的钢桁梁大桥。

桁架桥（见图1）一般由主桥架、上下水平纵向联结系、桥门架和中间横撑架以及桥面系组成。在桁架中，弦杆是组成桁架外围的杆件，包括上弦杆和下弦杆，连接上、下弦杆的杆件叫腹杆，按腹杆方向之不同又区分为斜杆和竖杆。弦杆与腹杆所在的平面称为主桁平面。中、小跨度采用不变的桁高，即所谓平弦桁架或直弦桁架。 桁

架结构可以形成梁式、拱式桥，也可以作为缆索支撑体系桥梁中的主梁（或加劲梁）。

图1 桁架桥

根据设计要求和材料特性，经我们小组讨论分析，按“实用、经济、安全、美观”的桥梁设计原则，决定选做梁式桁架桥模型，起名为“宇航桥”。

本桥设计为上承式梁式桁架桥，梁体为平面桁架体系（见图2）。

图2 宇航桥正立面图 三、模型制作

本桥跨度为1. 20m，两端支座长度为0.06m，桥高为0.12m，考虑小车车轮轴间尺寸为0.12m，每个节间尺寸取为0.12m，上弦杆采用两根4 mm×6 mm粘结而成，截面尺寸为4mm×12mm；下弦杆截面为2 mm×6 mm和2 mm×4 mm粘结而成，竖杆截面尺寸为4mm×6 mm；斜杆尺寸为2mm×6 mm。两榀桁架通过横梁（上平面杆截面尺寸为4mm×6 mm，下平面杆截面尺寸为2mm×6 mm）和垂直交叉支撑（杆截面尺寸为4mm×6 mm）连接成一立体桁架。

模型具体尺寸图见图3。

（a）正立面模型尺寸图

（b）俯视模型尺寸图

图3 桥模型具体尺寸图

从结构的外形上看，我们选择梯形作为主体形状，受力均匀，加载方便。我们直接使用所给材料粘接，节点处采用三角形或梯形或矩形的节点板用502胶粘住，以保证节点的稳固性。斜梁相交时，两根梁刻槽榫结，用胶水加固，这大大提高了斜梁的稳定性和强度。根据ansys软件建立的模型分析结果，我们加强顶部和支座强度。 四、荷载分析

本桥为上承式拱桥，全桥荷载主要包括静载和动载两个方面，静载包括桥体自重，小车的自重及铁块自重，动载即小车的自重以及小车行进过程中所产生的冲击力。 1.静力分析 （1）桥体自重

经天平称量本桥的质量m= g，则桥模型自重W=mg= ×10= N。根据桥梁设计载荷简化原则，桥体自重应简化为一均布荷载q1

（q1= W/L=/1200=0.06N/cm），再以集中力的形式施加在上弦平面的各个节点上。 （2）模型建立

采用ANSYS有限元分析软件对本桥在自重和两辆满载小车作用下进行静力分析，首先建立有限元模型，上、下弦杆采用beam4梁单元，其他杆件采用link8单元，定义材料属性和实常数，施加支座约束，建立的有限元模型见图6。

图6 有限元模型

（3）施加荷载求解

在上弦平面各节点施加桥体自重等效的集中力P1= N，在跨中的两个节点上分别施加小车满载后的等效集中力P2=11kg×10N/kg=110N，施加荷载图见图7，分析类型选择static，然后进行求解。

图7 施加静力荷载

经过求解得到跨中节点的最大位移为1.1mm，小于20mm，满足要求。在荷载作用下的变形图见图8。

图8 桥在静载作用下的竖向变形图

2.动力分析 （1）荷载简化

根据加载要求，整个加载程的总时间不得多于120s，其中小车在跨中停止10s，小车在桥上行进的长度为1.2m，由此计算出移动小车的速度v=1.2m/110s=0.011m/s。 在移动荷载作用下，桥梁将发生振动，产生的变形和 …… 此处隐藏：681字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……