2022年2022年结构设计计算书 .pdf
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1、桥梁结构模型设计方案名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页,共 22 页 - - - - - - - - - 设计概要* 桥,全长 99.cm,19.5+60.0+19.5cm ,主跨跨径 60cm ,从跨 19.5cm。设计荷载为 15Kg 。根据设计要求和材料特性, 主跨设计为上承式拱桥, 边跨为悬臂体系, 在拱与梁体之间,用竖向撑杆支撑。桥面板系顺桥向刚度为零, 横桥向刚度无穷大钢板条体系, 故在设计时只需要验算顺桥向的下挠。梁体为平面桁架体系。名师资料总结 -
2、 - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页,共 22 页 - - - - - - - - - 目录1材料的力学性能1.1 桐木1.2 腊线2 结构选型3 荷载分析3.1 梁体和拱体自重3.2 桥面板自重3.3 小车自重4 内力分析4.1 梁的内力分析4.2 拱的内力分析5 结构承载能力复核和估算5.1 梁的抗弯承载能力5.2 拱的承载力复核5.3 全桥承载能力估算附件一:梁的力学模型附件二:拱的力学模型名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - -
3、- - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页,共 22 页 - - - - - - - - - 1 材料的力学性能1.1 桐木根据试验分析数据, 每次试验有三到四组试验数据,剔除无效的数据, 采用有效数据的平均值,根据弹性理论计算桐木的弹性模量E。拉伸试验:2*2 木杆:去除第三组偏差较大的数据E1=F*L/( ?L*A)= 168.714*70/(2*2*2.5307)=1166.67 MPa E2=F*L/( ?L*A)= 178.0272*70/()= 1378.65MPa E=(E1+ E2)/2=1272.66 MPa 2*5 木杆:E1=F*L/
4、( ?L*A)= 471.1845*70/()=867.93MPa E2=F*L/( ?L*A)= 462.1775*70/()=844.29MPa E=( E1+ E2)/2=856.11MPa 2*10 木杆:E1=F*L/( ?L*A)= 404.9354*110/()=820.83 MPa E2=F*L/( ?L*A)= 694.5129*110/()=1279.33MPa E3=F*L/( ?L*A)= 203.97*110/()=645.47MPa E=( E1+ E2+E3)/2=915.21 MPa 3*3 木杆:E1=F*L/( ?L*A)=281.436 *70/()=61
5、1.27 MPa E2=F*L/( ?L*A)=314.277 *70/()=379.84 MPa E3=F*L/( ?L*A)= 299.169*70/()=321.56MPa E=(E1+ E2+ E3)/2=437.56 MPa 3*5 木杆:去除第三组偏差较大的数据名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页,共 22 页 - - - - - - - - - E1=F*L/( ?L*A)= 515.566*70/()=658.83 MPa E2=F*L/( ?L*A
6、)= 1085.104*70/()=676.11 MPa E=( E1+ E2)/2= 667.47MPa 4*6木杆:去除第三组偏差较大的数据E1=F*L/( ?L*A)=976.335 *70/()=608.18 MPa E2=F*L/( ?L*A)= 798.416*70/()=485.60 MPa E=(E1+ E2)/2=546.89MPa 由以上计算数据可以得出,截面越大,计算得到的弹性模量越小。这是由于木材内部的缺陷导致的, 桐木截面面积越大, 截面越对称, 所含的缺陷对弹性模量 E的影响越小。因此,我们取弹性模量E=600MPa 。此外,根据木材的拉伸、压缩试验,压杆试验及弯曲
7、试验的试验结果,我们还可以得出以下结论:1、 桐木的顺纹抗压强度比抗拉强度低, 因此用桐木做拉杆能够更好的利用材料。 2 4*6 木杆的抗弯强度比抗压强度降低很多。要充分利用材料,使之受拉较好。 3 桐木强度指标的离散性大,变异性强。由于内部结构不均匀导致的应力集中所致。尤其是抗拉强度, 因此受拉杆件宜采用较大的安全系数。在计算桐木的弹性模量时,要充分考虑这个影响因素,选用有效的实验数据。 4 桐木在受压时,在某个较小力值范围内会产生很大的变形;当变形到达一定数值时,桐木所能承受的压力急剧增大,但此时变形却很小。 桐木为各向异性材料,顺纹方向与横纹方向受力性能差异较大。制作中要避免横纹受力。1
8、.2 腊线。根据试验数据,由公式E=F*L/( ?L*A) 计算出腊线的弹性模量,在试验数据的取值方面, 由于多股腊线由单股腊线人工搓捻而成,因此多股腊线的受拉承载力受人为因素的影响,故在数据的选取中我们取保守值。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页,共 22 页 - - - - - - - - - (1)单股腊线计算单股腊线的弹性模量:E=F*L/( ?L*A)=37.2539*200/()=1323.566 MPa (2)双股腊线计算双股腊线的弹性模量:E=F*
9、L/( ?L*A)= 90.905*200/()=2194.309 MPa (3) 三股腊线名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页,共 22 页 - - - - - - - - - 计算三股腊线的弹性模量:E=F*L/( ?L*A)= 114.6968*200/()=3178.822 MPa (4)四股腊线计算四股腊线的弹性模量:E=F*L/( ?L*A)= 153.4951*200/()=3375.657 MPa 由以上的计算结果得知, 由于人工搓绳的不确定性较大,
10、 不能保证多股腊线与单股腊线的弹性模量的倍数关系。因此,腊线的弹性模量:E =1323.566 MPa 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页,共 22 页 - - - - - - - - - 2 结构选型2.1 斜张桥斜张桥,将桥面用许多拉索直接拉在桥塔上的一种桥梁,是由承压的塔, 受拉的索和承弯的梁体组合起来的一种结构体系。其可看作是拉索代替支墩的多跨弹性支承连续梁。其可使梁体内弯矩减小,降低建筑高度,减轻了结构重量,节省了材料。斜拉桥由索塔、 主梁、斜拉索组成斜
11、拉桥作为一种拉索体系,比梁式桥的跨越能力更大, 是大跨度桥梁的最主要桥型。 斜拉桥是由许多直接连接到塔上的钢缆吊起桥面,斜拉桥由索塔、主梁、斜拉索组成斜拉桥是将梁用若干根斜拉索拉在塔柱上的桥。它由梁、斜拉索和塔柱三部分组成。斜拉桥是一种自锚式体系, 斜拉索的水平力由梁承受、 梁除支承在墩台上外,还支承在由塔柱引出的斜拉索上。按梁所用的材料不同可分为钢斜拉桥、结合梁斜拉桥和混凝土梁斜拉桥。2.2 悬索桥 (吊桥)(suspensionbridge)悬索桥,通过索塔悬挂并锚固于两岸( 或桥两端 ) 的缆索 ( 或钢链) 作为上部结构主要承重构件的桥梁。 其缆索几何形状由力的平衡条件决定, 一般接近
12、抛物线。从缆索垂下许多吊杆, 把桥面吊住, 在桥面和吊杆之间常设置加劲梁,同缆索形成组合体系,以减小活载所引起的挠度变形。悬索桥由悬索、索塔、锚碇、吊杆、桥面系等部分组成。悬索桥的主要承重构件是悬索,它主要承受拉力,一般用抗拉强度高的钢材(钢丝、钢绞线、钢缆等)制作。由于悬索桥可以充分利用材料的强度,并具有用料省、 自重轻的特点,因此悬索桥在各种体系桥梁中的跨越能力最大,跨径可以达到1000 米以上。按照桥面系的刚度大小, 悬索桥可分为柔性悬索桥和刚性悬索桥。柔性悬索桥的桥面系一般不设加劲梁, 因而刚度较小, 在车辆荷载作用下, 桥面将随悬索形状的改变而产生S形的变形,对行车不利, 但它的构造
13、简单, 一般用作临时性桥梁。刚性悬索桥的桥面用加劲梁加强,刚度较大。 加劲梁能同桥梁整体结构承受竖向荷载。 除以上形式外, 为增强悬索桥刚度, 还可采用双链式悬索桥和斜吊杆式悬索桥等形式,但构造较复杂。2.3 拱桥名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页,共 22 页 - - - - - - - - - 拱桥桥梁的基本体系之一, 建筑历史悠久, 外形优美, 古今中外名桥遍布各地,在桥梁建筑中占有重要地位。它适用于大、中、小跨公路或铁路桥,尤宜跨越峡谷,又因其造型美观,也
14、常用于城市、风景区的桥梁建筑。根据不同的分类标准,可以分为不同的类型。按拱圈 ( 肋) 结构的材料分:有石拱桥(见石桥)、钢拱桥、混凝土拱桥、钢筋混凝土拱桥。按拱圈(肋)的静力图式分:有无铰拱、双铰拱、三铰拱(见拱)。前二者属超静定结构,后者为静定结构。无铰拱的拱圈两端固结于桥台(墩),结构最为刚劲,变形小,比有铰拱经济;但桥台位移、温度变化或混凝土收缩等因素对拱的受力会产生不利影响, 因而修建无铰拱桥要求有坚实的地基基础。双铰拱是在拱圈两端设置可转动的铰支承,铰可允许拱圈在两端有少量转动的可能。结构虽不如无铰拱刚劲, 但可减弱桥台位移等因素的不利影响。三铰拱则是在双铰拱顶再增设一铰,结构的刚
15、度更差些,但可避免各种因素对拱圈受力的不利影响。经过我们分析讨论,在斜拉桥,悬索桥,拱桥中按“实用、经济、安全、美观”的桥梁设计原则,比较三个方案的优缺点。决定选做拱桥模型。1、具有较大的跨越能力,充分发挥圬工及其它抗压材料的性能;2、构造较简单,受力明确简洁;3、形式多样、外型美观;拱式桥由拱上建筑、 拱圈和墩台组成。 在竖直荷载作用下, 作为承重结构的拱肋主要承受压力, 拱桥的支座既要承受竖向力,又要承受水平力, 因此拱式桥对基础与地基的要求比梁式桥要高。拱式桥按桥面位置可分为上承式拱桥、中承式拱桥和下承式拱桥 . 由于结构设计规则中的规定, 要有 120300mm 的净空,而桥墩间距为
16、500mm ,所以我们选择上承式拱。3 荷载分析本桥为上承式拱桥,全桥荷载主要包括静载和动载两个方面,静载包括梁体自重,桥面板自重和拱体自重, 动载即小车的自重以及小车行进过程中所产生的冲击力。3.1 梁体和拱体自重名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 9 页,共 22 页 - - - - - - - - - 查阅有关资料,取桐木密度=0.5g/cm3为了计算方便,把拱体自重并入梁体自重之中。根据桥梁设计载荷简化原则, 梁体和拱体自重应简化为一均布荷载q1。 同时将梁看成为
17、10012.4 1.0cm3的桐木板m木=10012.41.0 0.5=620g=0.62Kg G木= m木g=0.629.8=6.1N q1= G木/L=6.1/100=0.06N/cm 3.2 桥面板自重根据设计资料,可知桥面板的自重G板= m板g=29.8=19.6N 根据荷载简化原则,可将桥面板的自重简化成一均布荷载q2 q2= G板/L=19.6/100=0.196N 因此,作用在梁体的恒载可以简化为一均布荷载q=q1+q2 =0.196+0.06=0.257N/cm=0.26N/cm 3.3 小车自重根据公路桥梁的有关规定和原则,将小车自重简化为一组集中力P1和 P2P1= P2=
18、(Pu- G板)/2=63.7N=64N 轴距 D=14cm 4 内力分析桐木弹性模量取 E=600MPa ;截面尺寸取空心矩形截面,其主要受力截面bh=12mm 36mm (截面尺寸如图所示)那么,截面对中性轴的惯性矩I=2(b h3/12)=93312mm4 截面抗弯刚度EI=60093312Nmm2=55.9872106Nmm2 =559872Ncm2截面抗拉刚度,根据桐木力学性能实验确定EA=800N 4.1 梁的内力分析3630124 100 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - -
19、 - - - 第 10 页,共 22 页 - - - - - - - - - 0.26 0.26 0.26 0.26 0.26 0.26 0.26 0.26 0.26 0.26 0.26 0.26 0.26 0.26 0.26 0.26 0.26 0.26 0.26 0.26x-0.6 90.5 1-0.69-0.5 00.2 2-0.50-0.550.2 9-0.5 5-0.540.27-0.54-0.5 40.2 7-0.54-0.540.2 7-0.5 4-0.540.2 7-0.5 4-0.540.27-0.54-0.5 40.2 7-0.54-0.540.2 7-0.5 4-0.54
20、0.2 7-0.5 4-0.540.27-0.54-0.5 40.2 7-0.54-0.540.2 7-0.5 4-0.5 40.27-0.5 4-0.540.27-0.5 4-0.5 50.2 7-0.55-0.5 00.2 9-0.5 0-0.690.22-0.6 90.51x0.51-0.790.69-0.610.64-0.660.65-0.650.65-0.650.65-0.650.65-0.650.65-0.650.65-0.650.65-0.650.65-0.650.65-0.650.65-0.650.65-0.650.65-0.650.65-0.650.65-0.650.66-0
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