纸桥设计与分析

纸桥大赛点评与设计分析纸桥大赛点评与桥梁设计分析一、纸的力学性质三、纸桥大赛作品点评二、影响桥梁承载力的因素分析（一）纸张的丝缕

指纸张大多数纤维排列的方向。一般把纤维排列方向与平版纸（以全张纸为标准）长边平行的叫纵丝缕纸张；把纤维排列方向与平版纸长边垂直的叫横丝缕纸张一、纸的力学性质（二）纸的力学性质强度、刚度、稳定性实验1：抗拉试验取一张A4纸，横向纵向分别剪等宽度的纸条，把纸条分别对折，然后将两条纸条对拉，沿横向剪下的纸条先断。说明纸张从侧面很容易被撕开，说明纸张的纵向抗拉强度大抗剪强度很小实验2：抗弯实验

控制纸张加工后的长宽一定。长24宽10跨度12（CM）承重10g

250g~400g~~单片纸的刚度很小，抗弯曲能力很差稳定性是指构件保持其原有平衡状态的能力。承受压力作用的杆件，当压力超过一定限度时就会发生弯曲失稳现象。纸张受压容易实验3：稳定性试验弯曲失稳纸的力学性质（二）纸张的力学性质机制纸中，大多数品种强度纵向>横向>竖向。因此应该用尽可能少的材料制作受拉部分（沿纵向受拉），将尽可能多的材料用到受压部分（沿纵向受压）。尽量避免杆件受过大剪切力。纸是“薄板型”材料，抗弯曲能力很差，要通过一定的形状和结构来增强它的抗弯能力。纸张在压力作用下，稳定性极差，需要通过一定的措施）提高其抗压稳定性瓦楞纸纸结构的基本形状：纸结构的组合：相同材料，相同截面积，不同截面形状的构件强度不同。整体失稳：减少单根压杆长度（减小长细比）

局部失稳：设置加劲肋和垫片，减小集中载荷作用。避免失稳的措施此桥希望采用架子结构互相牵制以提高受力。但高度过大，纸卷的长度过长，最终在0.4KG力之后就腿部骨折了。（减小长细比，降低重心高度）（三）纸的质量普通A4纸的质量这样计算：

每平方米的A4质量的纸一般是70克左右，

A4的尺寸是210mm*297mm,

面积是0.21*0.297=0.02637平方米，

这样算来重量是0.02637*70=4.3659克，20张*4.3659克=87.318克<比赛要求的100克材料的力学性能（已分析）结构受力分析制作（施工）工艺二、影响桥梁承载力的因素分析结构受力分析

●造型（结构类型）●其他●杆件承载力桥梁结构类型按受力情况分

梁式桥刚架桥拱桥悬索桥斜拉桥组合桥按结构类型分类梁式桥及刚架桥单元和单元之间有铰接、刚性连接、柔性连接、滑动连接等方式组成。组成了简支、连续桥梁，悬臂桥梁斜腿V型、T型等刚构桥。特点：跨径不大，自重大宜万铁路宜昌长江大桥哈尔滨松花江公路大桥拱桥拱桥是以桥梁单元为主要承受巨大轴向压力的拱圈或拱肋组成的桥梁。这种型式的桥梁往往有不同形式的曲线型，如圆曲线、抛物线等，以达到拱圈或拱肋内的力矩最小。在拱脚处除产生竖向反力外，还产生很大的水平推力。所以一般对地基的要求很高。做一个没有外推力的拱有外推力没有外推力

相同点

不同点

优点比较都有桥拱桥面桥墩桥面在拱的上方桥拱高，方便行船。桥面平缓，方便行车；桥面拉住拱足，能抵消拱的外推力。桥面在拱的下方悬索桥悬索：这是古代原始桥梁的一种结构类型，又是现代特大型桥梁最适宜的型式。它是由索塔将特制的以高强柔性材料制成有一定垂度的缆索为主要承重结构做成的桥梁。组成部分有锚墩、索塔、缆索、吊索及加劲梁等组件。通行车辆的桥面一般称为加劲梁，一般加劲梁多以钢结构制成。这种桥型在两岸需设有可以承受强大水平拉力的锚墩。（本次比赛适合吗）江阴大桥

跨越长江的江阴大桥，跨度达1385米，一跨过江。吊起桥面的主钢缆，每根由两万多根钢丝组成。钢缆要承受6.4万吨的拉力。两根主钢缆重16780吨。长江江阴大桥钢索桥主要由钢缆、桥塔、桥面组成。钢缆是桥承重的主要构件，桥塔是支承钢缆的主要构件。显著特点：桥被钢缆吊起，桥的跨度很大，是悬索桥。钢索桥的结构与特点钢缆桥塔桥面长江江阴大桥斜拉桥斜拉桥。这是另一种以高强度柔性材料组成桥梁的结构型式。它由主塔、斜拉索、主梁组成。柔性的斜拉索由主塔的上部平均地斜拉到主梁的各个节间上，组成稳定的桥梁体系。斜拉索有辐射形、竖琴形、扇形及星形等形式组成美观的索面。这是继悬索桥之后，在长大跨度桥梁上最适宜采用的桥型。大跨度的钢索桥小小建筑师实际桥梁工程中此主塔与地基牢固锚固，可行。但是此模型放在桌子上，未锚固，稳定性有待加强？让我们模拟建一座“钢缆桥”，体验一下“钢缆”的拉力。做一做用木板或瓦楞纸板做“桥面”，用绳子做“钢缆”，用椅子背做“桥塔”搭成一个“钢索桥”。在纸板上放书包，不同程度地拉紧绳子，感觉用力的大小。两人同时用力拉绳子把“桥”吊起来。我们朝什么方向用力？让吊“桥”的绳子下垂多些和把绳子尽量拉平直，用力的大小有什么变化？做一做想一想桥塔为什么要修那么高？桥塔修得很高，是为了降低钢缆的拉力。复合体系桥梁在一座桥梁上同时采用两种以上的结构型式时，又出现了多种的组合。这是可以利用不同桥型的突出优点，组合在一起，达到的桥型选择。2,3图上弦杆承受剪力，不利4图拱轴受压？●设计经验与策略◆结构造型是关键•结构造型有：梁、拱、桁架、拉索结构、组合结构等；•结构造型可向上布置，也可向下布置；•结构造型必须考虑材质特点：纸的受拉性能要好于受压；•力的传递路径要短；•造型要简洁、美观、新颖。√杆件受力分析画该梁内力图

F36ba主桁架纵梁

横梁2023/10/23结构设计中的几个概念

2023/10/23红色代表受拉,绿色代表受压结点法（nodalanalysismethod）03年讲过◆模型破坏形态常见主要有：节点破坏——加强节点和支座处，要求结点承载

力≥构件承载力剪切破坏——尽量让杆件处于受拉或受拉状态失稳破坏——降低模型重心，减小杆件长细比，

尽量避免开放式模型其他力学问题

◆加载注意事项：对称加载慢速加载第一次加载不能过大第二次加载应适当大些最后加载值应有所估计（破坏试验）

在东北师大附中第六届科技节上，进行了“承重设计方案竞赛”

同样的3张普通的A4纸，同样的制作方案（由三根纸质圆柱构成的，每根圆柱都是粗细、长短相等的空心圆，三根圆柱被固定在一个纸制底座上，外形有点像太和殿的承重柱。），却得到了不一样的承载力。冠军组得到的承重量为110.75公斤！冠军

胡凯晨说，他也没想到这个模型竟如此抗压，“总结起来成功的秘诀有三个。一是三个纸圆柱的高度精准一致，二是我们在每个纸圆柱底部涂抹了一些‘502’胶，风干后更加稳固。三是我的两位搭档摆放比较到位，动作够轻够稳，这才完成了纸筒秤百斤的壮举。”制作工艺

◆注意细节（往往决定成败）、工艺水平要高。成功纸结构的连接技巧：纸桥大赛作品点评内江六中—载重45kg龙泉二中—“泰山号”高县中学龙泉一中—载重25kg德阳市罗江县七一潺亭中学纸桥一眉山车城中学宜宾市第一中学纸桥一大邑实验中学棠外纸桥—23kg双流艺体中学—25kg纸桥二树德中学（光华校区）绵阳三台中学苍溪中学大邑中学纸桥三各种各样的纸桥造型类理论幻想型设计大赛的设计原则：结构受力合理，明确简洁；造型优美；(放在承载力之前)承载能力大；布置具有一定的新意。三角形与圆筒的结合谢谢！桥名跨度（m）体系梁截面桥宽梁高索面索距塔高辽宁长兴岛83.2+176+83.2支座支承单箱三室101.75双640济南黄河104+220+104悬浮双三角箱19.52.25双853.8上海泖港85+200+85刚构挂梁分离双室122.2双6.544天津永和125+260+125悬浮双三角箱14.52双11.850.5长沙湘江北105+210+105刚构单箱三室30.13.4单852.7武汉长江二180+440+180支座支承双梯形箱29.23双890重庆长江二169+444+169悬浮双主肋242.5双9110郧阳汉江86+414+86地锚单箱四室15.62双892国内斜拉桥成桥资料表混凝土主梁索间距取为6~10m,多数取8m。拉索布置为扇形，为此要拟订拉索锚于塔上的间距。根据主梁的受力要求或为了减小索面积，拉索的竖直分力越大越好，因此应尽量减小拉索在上的间距，一般取为1.6~2.2m，它决定于拉索锚头布置及张拉空间的要求。结点法（nodalanaly