“锥映长空”桥梁结构设计计算说明书学院名称： 公路学院 团队名称： 突击小分队 专业名称： 公路工程 学生姓名： 龚威 黄富斌 胡栋梁 黄蕾 联系电话： 18729358083 （一） 结构设计说明书1， 结构的选型 各种结构形式优缺点的比较结构形式优点缺点桁架杆件只受拉、压，材料性能得到充分利用结点不易处理，制作难度大，重量大拱受力合理、承载力大制作复杂、重量大、计算烦琐（移动荷载作用下，拱处于弯、剪、压复合受力状态，稳定性不好验算）悬索、斜拉主要受拉，材料性能得到充分利用，跨度可以很大、重量轻绳的弹性大，加载仪器不提供锚固，制作要求苛刻，无法实现索拱受力明确、合理，材料性能得到充分利用，重量轻，制作简单、上承式受荷便于小车通过，计算方便对受拉蜡线带制作、安装要求高 通过上表的比较，我们容易得出结论：无论从受力、重量、制作加工各个方面看，索拱结构都是我们的最佳选择。我们的桥采用的结构形式为：索拱结构，其中桥梁上部结构采用的是连续钢构。具体来讲，结构有如下优点 主梁采用连续刚构，这样能时跨中的弯矩变小提高承载能力，同时能减少桥梁的扭曲变形。 悬索由多根蜡线组成，处于受拉状态，充分发挥这种材料的抗拉性能。 悬索与主梁之间采用大小不等的四棱锥联接，由于四棱锥侧面为三角形，三角形的结构是相当稳固的。其中创新之处在于 我们制作模型时将直梁做成微弯曲的拱形，并用蜡线拉紧，这样相当于预应力梁，可以提高结构的承载能力， 且减少挠度值。 从桥梁的整体来看，结构的材料用量少，满足了经济性，从外观上，将会在视觉上产生一种极有张力的效果，在结构受力与凸显力度上两全其美。此外主梁段的锥以索相连，形成倒拱的效果，虽其线条不能做到与真正的拱一般圆滑柔美，但是其效果将简洁明快，不输弧度的风采。2 模型的制作工艺 桥面主梁与横隔梁 都采用矩形截面，制作方便，施工速度快。跨中立柱采用圆柱型结构，充分利用圆柱的抗压能力，提高立柱的强度。接点处理 个别重要接点运用蜡线箍扎，并且涂刷乳白胶加固定型。 提高了接点的牢固性，提高结构整体性。3 施工操作的可行性与难度经过我们组的反复讨论与研究，这种结构操作上是可行的，但是锥与蜡线如何连接时一个难题，因此我们商讨出两种方案来处理这个问题。第一种： 在四棱锥的四个棱柱顶端分别刻槽，然后让从这四个槽中穿过，但这种方案的缺点锥顶不能把力集中在一个点上，从而破坏了锥的稳定性。第二种：将锥顶粘结在一起，然后削平，再集中粘结在一个小木片上，再在这个木片的底端刻槽，将蜡线从槽中穿过。这种解决办法将锥形成一个整体，符合结构的要求。经过我们的反复讨论决定采用第二种方法。 (二) 结构计算书1 计算简图通过用midas对结构内力分析,得到如下的结构计算简图2 荷载分析通过对桥梁分析，我们可以看出结构受力是明确合理的，其传递方式是：小车荷载 桥面板(横隔梁) 主梁和柱子 蜡线 基础 桥受的荷载小车和是砝码的移动动荷载，小车是缓慢匀速速的通过桥面，我们认为每一时刻小车的荷载为静荷载，动力效应很小，且小车的轴距与桥梁的跨度相比较小，因此为了计算简便，将荷载视为集中荷载由对连续梁的弯矩包络图可知，存在两个不利位置，如下图： 不利位置1 不利位置2通过midas对两种不利位置的内力计算，发现不利位置2的内力小于不利位置1的内力，因此我们只需验算不利位置1的内力。3 结构的尺寸 （单位cm） 结构平面图尺寸 立面图尺寸4 截面选取 bh (cm)片数每片长度 （cm）总长度(m)主梁0.52.821643.28横隔梁111.413172.21横隔梁20.51.410171.70锥截面0.60.61816.58/11.4/81.84蜡线R=0.3预计所需各类木材量为：5mm28mm 3.5m 10mm14mm 5m 5mm14mm 2m 注：以上尺寸是初步设计时用的，可能后面需要局部加强。5 内力分析用midas进行受力分析，对单元进行如下定义：E木=600N/mE线=1300 N/m单元长度及尺寸用上面所示可得到 不利位置1的弯矩图, 不利位置1的上部结构轴力图 不利位置1的下部轴力图不利位置1的剪力图6 承载能力验算 最不利情况下各构件的内力 Mmax（Nmm）Nmax（N）Qmax（N）主梁2630+11.2-16.625.0锥形桁架0-23.20横隔梁1,2由于内力较小，可忽略验算蜡线将强度视为无限大，忽略验算截面最大应力情况弯曲应力（MPa）轴向应力（MPa）剪切应力（MPa）主梁4.0+0.44-0.110.18锥形桁架0-0.640横隔梁1,2由于内力较小，可忽略验算蜡线将强度视为无限大，忽略验算根据已知：【】桐木抗压=12 MPa, 【】桐木抗拉=8MPa， 可以得出各点的应力在安全范围之内，考虑到小车在实际中并不是以集中力的形式加在桥梁上，因此我们的设计还是偏于安全的， 以上是用手算得出的结果，现在我们用midas对结构的应力分析：通过以上结果分析，我们可以看出在跨中位置和索缆与桥面连接处的应力较大，与手算的基本相符，因此在模型制作过程中对以上部位进行局部加强。 稳定性验算：根据内力图分析，最存在稳定性问题的构件是最大四棱锥的最长杆件，将其杆简化成两固定的，有已知可得：回转半径：i = （I/A）= ( hh/12)长度因数：=0.5长细比=li = 48【】=（E【】）=22故【】，因此需要进行压杆稳定验算：Fcr=El（ll）=600N69.5N，故不会发生失稳破坏。结构变形验算：用midas进行位移分析，将参数输入其中，可以得到：最大位移发生在跨中截面，位移值：11.279，满足要求。承载能力预估： 以上是10 Kg的位移情况，按荷载、受力分析，挠度要求，以及结构承载能力成线性增长关系，估算我们的结构可承重18Kg,但是考虑到汽车动力影响和材料各向异性，所以其实际承载能力将小于18Kg。 参考文献：材料力学第5版，高等教育出版社； Midas有限元分析软件； 木结构设计规范。