1、工程訓練（2013-2014學年第一學期）題目：世紀大橋紙結(jié)構(gòu)模型設(shè)計學科部名稱：理工學科咅B(yǎng)專業(yè)、班級：土木112班姓名（學號）:指導教師：丁聲榮世紀大橋理論分析計算書目錄一設(shè)計說明1二 方案構(gòu)思及可行性分析1三 模型三面透視圖（實物圖） 2-3四主要構(gòu)件、結(jié)點詳圖主要構(gòu)件圖4構(gòu)件細部圖4-6結(jié)點詳圖6-11五模型荷載分析、內(nèi)力分析及承載能力估算內(nèi)力分析12荷載分析12承載能力估算12-13六 實際制作桿件的制作13結(jié)點連接處理13七 加載實驗（附組員和模型照片） 13-17八分析與總結(jié)17一 設(shè)計說明根據(jù)工程訓練任務(wù)書的要求，我們組從模型制作的材料抗壓特性、抗拉特性和靜 力加載形式等方面出

2、發(fā)，結(jié)合節(jié)省材料，經(jīng)濟美觀，承載能力強的特點，采用了紙質(zhì) 材料，白乳膠以及熱熔膠等材料制作了該模型世紀大橋在模型結(jié)構(gòu)分析的基礎(chǔ)上，我們對以下幾種設(shè)計方案進行了分析。1. 簡支梁。簡支梁受部分均布荷載。由于構(gòu)件受彎是非常不利的，因此如果選用 簡支梁的形式，梁縱截面應(yīng)選用魚腹梁的形式。但制作難度大。如果梁為幾片相同形 狀的紙粘接加厚而成，則側(cè)面易失穩(wěn)。因此不便采用。2. 拱形結(jié)構(gòu)。拱橋最適于承受均布荷載，但在制作上較費材料。由于拱橋需要由 很密的拱作片拼成，中間加肋，因此橋的自重較大，不便采用。3. 桁架結(jié)構(gòu)。由彎矩分布可以看出，采用梯形桁架較接近彎矩分布，是合理結(jié)構(gòu)。 由于在要求荷載下，架橋水平

3、方向必有壓力，且要承受部分均布荷，是處于局部彎壓 狀態(tài)。要使構(gòu)件有較良好的壓彎性能，必須多用材料，因此考慮通過局部構(gòu)造措施， 將均布荷載轉(zhuǎn)換為兩點或多點集中荷載，結(jié)構(gòu)須是對稱的。經(jīng)過組內(nèi)討論，我組最后決定采用三角形作為主要承重結(jié)構(gòu)， 取模型高度為 300mm, 跨度為700mm整體長度1190mm寬度200mm整體采用紙筒結(jié)構(gòu)，中間倒 V字型桿件 角度為98° 47' 5T,符合結(jié)構(gòu)要求。由于加載位置位于結(jié)構(gòu)中心100mn寬度，220mn長度的范圍里，因此加載位置必須要有做夠的強度來支撐,將三角形的一個點來承受荷載,另外兩條斜邊將荷載傳到地 面，三角形最下面一條邊用于鎖住兩條

4、斜邊，保證整個結(jié)構(gòu)在加載的過程中不會發(fā)生 較大變形以致破壞無法繼續(xù)加載。同時承受荷載的桿件必須足夠的結(jié)實。這就要求我 們在卷紙桿件時必須緊實。我們整個結(jié)構(gòu)都采用三角形，這樣可以使結(jié)構(gòu)的整體性得到保證。在構(gòu)件的連接 方面，我們采用的是熱熔膠，這種膠有很強的粘附性，并且在膠冷卻之后能夠使紙質(zhì) 桿件之間以及桿件和膠有很好的連接強度和剛度，這樣，我們結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性和剛 度能得到進一步提高，這是非常好的。三 模型三面透視圖（實物圖）圖主視圖右側(cè)視圖左側(cè)視圖四主要構(gòu)件、節(jié)點詳圖構(gòu)件細部圖節(jié)點詳圖五模型荷載分析、內(nèi)力分析及承載能力估算在這部分，我組利用SM-Solver這款軟件輔助計算桿件內(nèi)力。結(jié)構(gòu)模型見

5、下圖根據(jù)承載方式，承載臺是壓在結(jié)構(gòu)中間的，承載臺寬度為100mm長度為220mm我組的結(jié)構(gòu)能夠讓承載臺穩(wěn)定地放置。1內(nèi)力分析內(nèi)力計算桿端內(nèi)力值（乘子=1）桿端1桿端2單元碼軸力剪力彎矩軸力剪力彎矩10.000000000.000000000.000000000.000000000.000000000.0000000060.000000000.000000000.000000000.000000000.000000000.0000000070.003906250.000000000.000000000.003906250.000000000.000000009-0.00948757-0.0643

6、535317.3754537-0.00948757-0.064353530.0000000013-0.009487570.06434803-17.3739682-0.009487570.064348030.00000000140.003430580.000000000.000000000.003430580.000000000.00000000根據(jù)以上內(nèi)力求解數(shù)據(jù)可知（10）和（11）號桿件的內(nèi)力最大，而（9）和（13） 號桿件的彎矩最大。因此，我組在結(jié)構(gòu)設(shè)計時，將這四根支撐桿件以及兩根縱向主桿 卷得非常緊而且粗。2荷載分析作用在橋面上的是靜荷載，而且是逐級加載的，作用點在模型的中點。力通過兩

7、 根主斜桿傳到接觸面，由于斜桿上的力在地面接觸點會分解成為垂直于接觸的壓力以 及平行于接觸面的分立。垂直與接觸面的壓力可以直接將荷載傳遞給接觸面，而水平 分力則會使兩根主斜桿向兩側(cè)移動，這時就需要設(shè)置在底部的拉桿來鎖住斜桿，柱子 則可以頂住斜桿，以減小斜的桿側(cè)向位移。四根柱子除了有支撐起全部結(jié)構(gòu)的作用外， 還要承受很大的彎矩作用，所以在制作模型時，連接點的熱熔膠涂得非常均勻切密實 以增強整體性。3承載能力估算根據(jù)內(nèi)力計算以及模型做成之后的預(yù)壓，預(yù)計承受3KN以應(yīng)該上沒問題。下圖是組長坐在模型上的情況，體重 62KG經(jīng)檢查，模型撓度小，沒有達到 25mm上限。六 實際制作1 桿件的制作根據(jù)設(shè)計圖

8、紙，全模型由 37 根桿件構(gòu)成。其中，兩根縱向主桿由 4 張 A0 圖紙卷 成，四根斜桿由20張A2圖紙卷成，四根柱子由20張A3圖紙卷成，四根細斜桿由8 張A3圖紙卷成。其余的桿件由A4或A3卷成。在卷桿件時先用A4紙做好內(nèi)芯，3個組 員一起卷， 1 個組員按住紙，這樣在卷大桿件的時候就容易很多，也卷得緊。每卷一張 圖紙時，在開頭和結(jié)尾處都涂有白乳膠，并且等膠干得差不多時再卷下一張。這樣不 但可以降低廢品率，而且有利于增加桿件強度。2 結(jié)點連接處理我組根據(jù)結(jié)點詳圖來經(jīng)行切割，使桿件之間的截面接觸緊密。在桿件連接順序方 面，先將橋面所有桿件粘結(jié)好，再將四根豎桿粘上去，接著再粘四根主斜桿，然后再

9、 將各種小桿件粘上去構(gòu)成一個整體，最后在每一個結(jié)點補好膠就完成啦！七 加載實驗加載實驗在土建1樓加載實驗室里進行，自重21.8N，應(yīng)該算是最重的了。話不多 說，加載正式開始。見下圖： 荷載位移曲線圖形如下由上圖可知在模型加載處豎向位移為 22mm勺時候結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞，還沒達到 25mm 經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)是下面拉桿與豎桿連接處發(fā)生破壞。破壞點處的熱熔膠沒有連成整體，導 致受拉力過大而破壞。破壞點見下圖最終在破壞時承受的最大荷載為 2851.6N。見下圖附上全組成員和模型的合影八 分析與總結(jié)1 本結(jié)構(gòu)主要是利用兩個三角形來承受豎向靜荷載的作用。2 本結(jié)構(gòu)利用了紙筒抗拉能力強的特性來做底部拉桿。豎向支撐桿件可以做成空 心來節(jié)省材料，承受的壓力也不會因此而減小。3 根據(jù)理論分析， 我組之所以選擇三角形作為主體結(jié)構(gòu)是因為三角形具