结构设计计算书2.doc

PAGE   PAGE 15 设 计 资 料 场地条件 桥梁结构模型将置于总宽度为1400mm 的“鸿沟”之上。在“鸿沟”之间离两岸各50~350mm的范围内设有支座连接点。具体情况在竞赛手册的附图已经详细给出。 模型加载条件 1．竖向加载条件 在离跨中左右各50mm处桥的两侧共设计四个加载点，均匀向下加载。每级荷载四个点共加2kg，共计加载十级。加力架重1.2kg，总共加载（包括加力架）21.2kg。 2．水平加载条件 在跨中通过转向滑轮及支架沿水平方向加载，加力悬挂件重0.82kg，每级加2kg，共计五级，总计加载10.82kg。 模型材料及制作工具 1．主体材料 铝质等边角铝：L8×1 铝板：厚0.8，0.6，0.4 黄铜圆管：Φ12/0.25，Φ10/0.25，Φ8/0.25 黄铜丝：Φ1.5，Φ1.8,Φ2 2．连接方式、材料 胶接：502胶 铆接：纯铜丝 焊接：（仅用于铜质构件）用焊锡 螺钉：M1，M2，M3，M4 3．主???制作工具 万能试验机、手动折边机、剪板机、手枪钻、电烙铁等加工试验工具 设 计 要 求 一、模型结构布置要求 支座要求 在“鸿沟”中离两岸各50~350mm之间最多允许做8个（每端限定不多于4个）铰接支承点供固定桥墩用。铰接支承点离桥中轴线的最大距离为80mm。铰支点只允许在沿纵横方向以20mm为间隔的方格上布置。支座离相邻支座之间不得小于40mm。 桥面要求 面标高为±0.000，为保证其刚度，桥面板采用厚度不小于0.4mm的铝板，桥面宽60mm。 通航要求 可采用任意结构形式，但桥下跨中400mm宽度范围内结构底部标高不得低于-0.080以保证“通航”净空。桥面全宽范围向上有60mm高度净空，保证“通车”。 二、模型加载要求 竖向加载要求 在十级加载中跨中挠度不得超过8mm（加力架引起变形不计）。 水平加载要求 在后五级加载中，跨中水平变形不得大于2mm（加力架引起变形不计）。 局部措施 加载受力用18号镀锌铁丝，模型设计时须考虑在加载点范围作适当构造和加固，使模型可承载此集中力。 设 计 构 思 根据此模型的桥面宽度与跨度的比例，并参照现在较为经济的桥梁结构形式，融合空间受力概念，使集中的荷载尽量分散，从而充分利用结构材料，以??达到结构尽量轻的目的。本桥梁结构对水平位移的要求较高，从简化的结构挠度计算公式可知挠度的主要影响参数为桥面的侧向刚度及跨中支撑长度，并且与成正比，而与桥面板成反比。从本桥梁构思出发用增大桥面板宽度来保证侧向变形需要较大的材料用量，并且在此种方法的实施过程中会有许多支撑构件受力较小，但又不得削减，拉压受力不一，不能充分利用金属材料的抗拉性能。从减小跨度的角度讲，利用下部结构减小跨度必然出现斜杆件，长度大，用料多，质量大，稳定不利。因此考虑利用铜丝较大的抗拉强度，将斜拉形式发展为适应于此模型的设计要求的空间形式，使拉索既对竖向变形起作用又有利于侧向变形。通过分析，侧向变形利用拉索基本有两种形式，即内侧斜拉与外侧斜拉（见图1），内侧斜拉效果较好，但由于通车要求及桥面板宽度要求，侧向内拉不易实现。因此采用外侧斜拉形式，使桥塔上部外张，拉索向内收拢与桥面板连接。另外，桥塔下部为适应刚度要求两个柱子向外张开，整个桥塔成X形。桥两侧设置柱墩以便将拉力传到地基，从而平衡两侧拉力，使上柱尽量受轴压。 从造型上考虑，采用细丝以便形成韵律，并且向外张紧的拉索形成张力感觉，给人以稳定感，平衡了桥塔上部偏大的倒置感觉。(见图2 ) (a) (b) 图1 (a)内侧斜拉（b）外侧斜拉 图2 效果图 结 构 布 置 整体布置 图3 三维整体布置图 桥面板结构布置 两边长杆件为∟角铝，中间各支撑∟自制角铝，此桁架上铺桥面板,桥面板为槽形。 桥面板剖面图 桥塔结构布置 桥塔结构布置图 内 力 及 稳 定 分 析 内力计算简化模型 内力计算采用美国MSC公司有限元通用计算程序Nastran，运用Patran前后处理软件进行建模及输出计算结果。 模型的建立采用空间杆系计算模型，并对一些节点做理想简化处理，具体情况见下表： 构件材料连接方式简化节点单元形式拉索铜丝螺栓铰接Rod单元塔架铜管焊接刚接Beam单元桥板边角铝角铝螺栓铰接Beam单元支撑角铝铝螺栓铰接Rod 单元边柱铝螺栓铰接Rod 单元 由于rod单元可承受拉力或压力，拉索不能受压力，