科创沙龙纸桥大赛赛前培训讲座-桥梁结构简介.ppt

1、纸桥大赛赛前培训讲座桥梁结构简介,航天与建筑工程学院 薛启超,主要内容,介绍什么是结构、构件、零件、材料。 常见的工程结构、桥梁介绍 设计、制作桥梁时需注意的问题 本次比赛的概况,什么是结构,什么是结构 从力学角度来说，结构是指可以承受一定力的架构形态，它可以抵抗能引起形状和大小改变的力。,什么是构件 机构的组成单元,它是一个和某相邻构件有相当运动的刚体。,什么是结构,零件:组成机械和机器的不可分拆的单个制件。,常见的结构,力学与结构无处不在,桥梁结构分类,按桥梁使用的目的划分,京沪高速铁路南京大胜关长江大桥,松花江铁路桥,公路桥,杭州湾跨海大桥,法国米约大桥,城市桥,重庆菜坝长江大桥及附属立

2、交桥,令人眼花缭乱的立交桥,人行桥,按跨越的障碍性质划分,旋转活动桥,跨越峡谷时称为谷架桥,浮桥,栈桥,按桥梁上部结构使用的材料划分,藤桥,木桥,按类型分类,梁式桥及刚架桥 这一大类是可以承受轴向力，但主要是承受弯矩力的单元组成的桥梁。最简单的是一个单元，也可以由众多的单元组成。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。,宜万铁路宜昌长江大桥,哈尔滨松花江公路大桥,梁式桥及刚架桥,梁式桥及刚架桥的特点： 安装、施工方便，通常跨径不大，优点材料、理论、技术等简单、成熟，缺点自重大,拱桥,拱桥是以桥梁单元为主要承受巨大轴向压

3、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。,拱桥,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。 它是由两岸的固定点通过作为提高之用的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。,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

4、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。,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。,如何设计纸桥,分析材料受力特点 钢材 混凝土 绳索 纸,结构的强度与材料有关,纸桥,钢桥,混凝土桥,如何设计纸桥,混凝土材料。,实际工程中使用钢筋混凝土结构的好处是什么？,混凝土抗压性能较好，而抗拉能力就比钢筋要小得多。因此在制造时可在梁的受拉

5、区放置钢筋，组成钢筋混凝土梁，在这种梁中，钢筋受拉，混凝土受压，它们合理组成一个整体，共同承担载荷的作用。,构件设计：注意构件截面形状,如何设计桥梁结构,注意： 结构对强度的影响有两点，一是结构的外部形状，二是结构的构件截面形状。,A.不同横截面形状的构件所能承受力的程度是不一样的。,C.相同材料，相同截面积，不同截面形状的构件强度不同。,B.结构的外形相同，构件的截面不同，其强度不一样。,如何设计桥梁结构,注意构件的稳定性 什么是稳定性：构件保持原有状态的能力 失稳：丧失稳定性。,如何设计桥梁结构,控制构件失稳 整体失稳：减少单根压杆长度 局部失稳：设置加劲肋和垫片，减小集中载荷作用。,如何

6、设计桥梁结构,构件之间的连接方式：,结构的连接是指通过一定的连接物将构件组成整体结构。,结构构建的连接通常有以下两类： 铰连接 刚连接,如何设计桥梁结构,铰连接：被连接的构件在连接处不能相对移动，但可以相对转动，具体有松螺栓、松铆等。,三角形形状:,三角形是框架结构中最基本的形状之一,它结实、稳定、所用材料最少。,在长方形或六边形的框架中间，加上支撑构件，构成三角形，就可以大大增加它的牢固程度。,如何设计桥梁结构,第八届 “航建杯”纸桥大赛,竞赛题目 双跨单车道桥梁结构模型设计制作加载试验、观赏类纸桥。,承重组：理论方案设计、结构模型制作、作品介绍与答辩、模型加载试验。 表演组：理论方案设计、

7、结构模型制作、作品介绍与答辩。,第八届 “航建杯”纸桥大赛,承重组要求,理论方案 理论方案的内容应包括：设计说明书、方案图和计算书。设计说明书应包括对方案的构思、造型和结构体系及其他有特色方面的说明；方案图应包括结构整体布置图、主要构件详图和方案效果图；计算书应包括计算简图、内力分析、承载能力估算等。 理论方案封面必须注明作品名称、参赛队员姓名和专业；正文包括设计说明书、方案图和计算书等部分。 理论方案要求用A4纸打印，一式九份在交作品时交到竞赛组委会，逾期作自动放弃处理。,制作工艺要求,模型制作材料 模型制作材料为A0图纸、尼龙线（组委会统一提供）和乳白胶。不得使用组委会指定以外的其它任何材

8、料，否则将直接取消其参赛资格。尼龙线只能用于悬索桥和斜拉桥的悬索制作，不能用于其他部位和作用。,模型尺寸要求,模型的长度范围1980 mm 2020mm，模型的外轮廓横向最大宽度不得大于200mm，桥面以下的模型高度不得大于150mm，桥面允许微拱但起拱高度不得大于20mm。 模型要求能够放下一个180mmX2000mm的桥面。,桥面要求满铺且能承受加载小车的荷载。模型除与支座、两端下压板（提供竖向夹紧力）、前端挡板（防止小车前进时模型滑移）接触外，不能与加载装置的其它部位接触。 为保证小车能够顺利通过，模型应根据加载小车的尺寸，预留足够的通行空间，并能够满足给定的加载装置。 请参赛队注意加载

9、装置给定的条件。若对加载存在疑问可到力学实验中心参观加载仪器。,支座条件,加载装置设置三个支座，位于一条直线上，外侧两个支座的中心距为2000mm，中间支座位于外侧两支座的正中间。支座沿顺桥方向宽度为400mm，支座沿横桥方向长度为300mm。三个支座均可为模型提供竖向支承，不提供水平作用力和转动约束。各支座均在同一水平线上。 外侧两个支座上方设下压板，可为模型端部提供竖向下压力。在小车行进方向前端，模型可以利用加载装置提供水平推力以抵抗牵引小车而产生的水平力，加载装置后端不提供水平力。,加载试验要求,模型加载试验采用小车加载，当小车行驶至第一跨中点时，小车停止10秒钟，同时测量跨中的最大位移

10、，10秒后继续通行，当加载小车行驶至第二跨中点时再停止10秒钟，同时测量跨中的最大位移，10秒后再继续通行。每队需要指定一名选手牵引加载小车，须保证小车按照加载规则行进，加载过程中选手不允许接触小车。 小车自重1kg，加载小车重量上限为10kg，参赛队只有三次加载机会，赛前需预报第一次加载重量，第二次和第三次加载重量级别各队可视第一次加载情况现场而定。 加载小车外轮廓最大尺寸为长150mm，宽120mm，高110mm，小车有前后两个车轮，车轮中心轴距离为120mm，前后轮均为圆柱体，圆柱长度为115mm。,承重组评分规则,总分为100分，按模型结构的构思、造型和结构体系的合理性、实用性和创新性

11、评分 理论分析（10分）：按设计说明书、方案图和计算书内容的完整性、正确性评分。 模型制作（5分）：按模型制作工艺情况评分。 叙述答辩（5分）：按现场叙述和答辩情况，由评委当场给分。,加载试验（75分）：若结构制作材料有组委会认为不合理，或不适合加载取消参赛资格 加载过程中，如果出现下列任一情况，将视为加载失败，退出加载试验： （1）模型跨中的最大竖向位移越过规定的限值20mm （2）因模型主要构件出现失稳、结构变形过大和破坏等本身原因，使小车滑落或使小车除车轮外的其他部分与桥面板或桥梁的其它构件接触。 完成加载试验的模型，按以下方法计分： 先按荷重比（F=Q/W）计算出各模型的相对分，其中Q代表模型所承受的最大移动荷载（kg），W代表模型自重（g）；再将F值为最大（记Fmax）的模型定为满分（75分），其余模型的分数按（满分F/Fmax）计算,表演组参赛要求,作品力求有新意，美学与力学兼顾，可观赏性强；表演桥在任意方向上的长度不大于3000mm，要求结构坚固以便于搬运，作者可根据实际情