第四届地区结构模型竞赛计算书

我们的小组成员都进行了讨论和，对模型的破坏原因进行分析，从结构和材料上对201412 TOC\o"1-4"\h\z\u前 第一章概念设 设计概 关于模型设计的若干考 结构优 结构特色和创 第二章设计方案与模形制 材料及参数 主要构件设计方 杆件的设 节点的制作与拼 制作流 模型制作和竹皮材料试验得出的经验和结 第三章内力分析验算与数值仿 承载能力估 主要构件截面和参 强度验 结构稳定性验 数值模 模型建 模型静载分 第四章模型试 抗压强度实 实验准备及实验过 实验结果与分 结构加载试 致 参考文 第一章念设《鹖冠子·备知》：“山无径迹，泽无桥梁，不相往来。”这古代最早对桥梁的解 1.1构形式简单，结构合理，在抵御大偏心荷载的作用有良好的性能。主刚构柱的截面形式矩形，相比其他截面形式的杆件有较好的抗弯特性。桥面布置了桁架增强桥梁的稳定性。桥梁综合使用了三角形杆件和矩形杆件。并且模型选用了小截面形式，减小了边长，相应地减小了梁的跨度、减轻了模型的自重，在节点的处理方法具有新意，实现了模型型自重轻、承载力大的目标。总之，我们的设计理念是以尽量少的构件及材料，构建简约易施工、强度高、稳定且高效的模型结构，在承受高荷载的基础上保证结构的整体稳定性。合理的体系选取及构件截面设计，使该结构简朴实用、线条清晰、视觉美观。1.2关于模型设计的若干考虑精心设计和制作构件及节点板，发现问题及时解决，从实践中不断总结，敢于创新，结构选形方案演化：由于模型将承受任选方向的波，故结构应在水平x、y方向满模型一：模型重量:385g(如图1.31.11杆件名称截面形材料厚度(mm)/弧长mm)数量制作难度、力学性能和试验结果分析1索塔十字杆10×42桥面十字杆10×2料3桥面撑杆三角杆6×7×60/15002/7/料4底座三角杆8×4抗剪强度大，废料5拉条/650/6108较高，装配误差模型二：模型重量：250g(如图模型简要介绍:A1.4里对斜拉桥的介绍，一侧索塔去掉，增加拉条的数量，而且用一根十字杆将底座和桥15mm的桥面节点处用一个十字杆支撑着，分担整个模型的轴力。在模型优化之后，模型成功减轻250克并成功通50公斤加载以往结构模型比赛的优秀作品,三角形截面是比较普遍的,，而且较省材料，试验发现一层柱基本能承受三级的试验，而三层的立柱在三级加载时由于侧向位移较大导致立柱受到的弯矩较大，在靠近中部两肋之间局部出现应力集中，结果重负，被破坏。经过试验，我们改变了部分杆件的横截面，对于试验中易破坏的杆件1.2所示。杆件名截面形材料厚度制作难度、力学性能和试验结果分析1索塔十字形10×4抗压强度大刚度大；2桥面梁十字形10×2抗压抗弯强度大大；废料三角形6×7×2作为链杆用途、稳定性一般3桥面撑杆三角形6×7×7作为链杆用途、稳定性一般三角形6×7×4作为链杆用途、稳定性一般4三8×44制作要求精度较高，装配误差大，抗弯强度弱5拉条/5模型三为最终采用模型：模型重量：160g(如图1.5做得很牢固也可以承受得了50公斤的竖向荷载。这个模型极大地增强了实验的稳定性，不用再经过队员的讨论与老师的指从原来1的385g2的250g3的160g，编杆件截面材料截面长度/数制作难度、力学性能号名称形式厚度尺寸弧长量和试验结果分析（（1刚构十字形10×2抗压强度大，抗扭强度大、制作较方便，省材料2桥面梁十字形8×2抗剪强度大，刚度大3桥面撑杆三角形6×6×140/25/4抗压强度大，抗弯强度大4拉条//4抗拉强度大结构特色和创意模型设计特色抗剪强度较高，抗拉强度低,因此在节点处尽量避免了胶水抗拉。传力方式简洁明确，避免了复杂节点处理，杜绝薄弱环节的存在。设计应用钢结构节点第二章设计方案与模形材料及参数表1.0x104Mpa60Mpa。竹皮相关特性如表2.1，主要构件截面和参数见表2.2.质量密度773.9kg/781.4kg/85.3g793.5kg/2.2构件号名称数量截面图1桥面撑杆92桥面483刚构柱41杆件的设十字们小组决定在主要受力杆件上采用截面为“田字形”型杆。如图2.3所示：2.3三角3公斤的横向风力，在水平垂直于桥面的力不大，而又需要一定的强度，6mm×6mm×6mm的三角杆作为连接桥面的构件，并在内部用厚片连接底面中线和顶端，增强三角杆的强度。如图2.4所示。2.4节点的制作与拼接2根杆件就可以产生相对转角，则杆件的位移就由1、刚构顶端节点2.52、刚构与桥梁的节点 3、桥面下端与三角杆的节点

三角杆与桥面粘合得更紧。如图2.7所示：图2.7桥面下端与三角杆的节4、竹粉的应用 2.8竹粉的应用：(1)竹粉2)竹皮的抗压及抗拉强度与其厚度成正比，经试验，相同尺寸不同厚度的杆件，0.5mm厚0.5mm厚的厚片竹皮制作，要求较小的采用0.35mm厚的中片竹片。0.5mm厚第三章内力分析验算与数值仿真承载能力估算主要构件截面和参数3.1422--41柱子承压能力验算已知竹皮抗压强度fc=26.3Mpa

1 sin柱子所受压应力：250/61.44=4.06N/mm2<fc（强度达到要求）②顶层梁截面强度验算1承受荷载： 顶梁 顶层梁所受压应力：250/31.14=8.02N/mm2<fc（强度达到要求）③竹皮抗拉性已知竹皮的抗拉强度为60Mpa，竹皮所受拉力为250N=250 结构稳定性验Ep EAI 2200 AI

2200 AIAI0.75130AIAIAI 2140 AI模型建模型静载分析和荷载施加方式如图3.1所示，各级加载模型位移和应力云图如图3.2所示。3.1钢架桥的三维模 3.2各级加载的位移和应力云图（1-9为加载顺序第四章型试抗压强度实验实验准备及实验过程.4根试件进行杆件抗压强度实验，仪器采用MTS测试系统，如图4.1。由于最终采用模型结构形式各杆件主要受压力作用，因此本参数详见表4.1，试件样品见图4.2。4.1664.2.实验结果与分析4.34.4为实验所8个试件的抗压强度实验结果。其14号为桥梁试样杆件，5号到8号为柱试样。由时间-压力曲线我们可以发现，桥梁试件的静载极限强度压力大概在1KN左右，最大竖向承载压力为4号试件，大小为1.39KN；最小竖向承载压力为第3号试件，大小为0.77KN。试件平均极限强度压力为0.99KN。柱试件的静荷载极限强度压力大概在5KN左右。最大竖向承载压力为5号试件5.27KN；最小竖向承载压力为7号试件，大小为4.13KN。具体见试件极限抗压强度压力表4.2。而竖向荷载的重量为0.5KN（50kg），因此一 4.4桥梁杆件强度实验压力曲线：1-4 4.212345678极限荷载平均极限荷载结构加载试验桥梁加载在两水高的平台间进行，模型加载时两侧桥墩支座（用分发的材料自行制作）跨度同方向的宽200mm，厚度6mm，长度350mm，平面位置如桥梁净跨度4.63kg的砝码施加横向水平力（F4=3kg，代表横向风力）。（F1=5kg，F2=10kg，F4=3kg，代表两车道活荷载不利布置情况）