目 第1章結(jié)構(gòu)選 設(shè)計(jì)背 賽題分析與設(shè)計(jì)要 賽題分 設(shè)計(jì)要 結(jié)構(gòu)選 模型設(shè)計(jì)特 第2章材料力學(xué)性 竹試件的抗壓性能試驗(yàn)分 其他性能參 竹材密 其他強(qiáng) 試驗(yàn)結(jié) 第3章結(jié)構(gòu)分 結(jié)構(gòu)建 內(nèi)力分 計(jì)算假 結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算結(jié) 結(jié)構(gòu)承載力驗(yàn) 結(jié)構(gòu)變形分 第4章模型制 制作流 下 構(gòu)件及節(jié)點(diǎn)制 裁剪竹 桿件制 節(jié)點(diǎn)制 模型拼 結(jié)束 參考文 隨著交通事業(yè)的快速發(fā)展橋梁及道的通行車(chē)輛日益增多由此導(dǎo)致對(duì)為了研究剛性橋墩單跨橋梁受力性能并實(shí)現(xiàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)，利用計(jì)算分析軟件SAP2000，開(kāi)展了剛性橋墩單跨橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算和分析；以竹材和502膠等為材計(jì)算書(shū)。計(jì)算主要內(nèi)容包括：我校結(jié)構(gòu)的試驗(yàn)加載設(shè)備對(duì)竹材桿件的軸向抗壓竹條的抗拉強(qiáng)度等進(jìn)行試SAP2000結(jié)構(gòu)的整體變形值，確保結(jié)構(gòu)的各項(xiàng)受力性能指標(biāo)達(dá)到預(yù)期要求。：剛性橋墩單跨橋梁；承載力；變形；材料力學(xué)性1章結(jié)構(gòu)選1-1列出了幾種不同受力類(lèi)型橋梁的實(shí)體景觀圖。（a）拱 （b）梁式（c）斜拉 （d）懸索1-1隨著交 事業(yè)的迅猛發(fā)展現(xiàn)代工程對(duì)橋梁承載能力的要求也不斷提高于此，本次競(jìng)賽以剛性橋墩單跨橋梁結(jié)構(gòu)為賽題，計(jì)算書(shū)采用有限元計(jì)算軟件SAP2000502膠等為材賽題分50kg，相對(duì)于該比尺的竹材橋梁模型而言，此加載量還是狀況二：本次競(jìng)賽對(duì)橋梁模型的外形尺寸有嚴(yán)格的規(guī)定。如要求橋面寬度在150mm~200mm范圍內(nèi)橋面長(zhǎng)度不小于橋墩的凈跨度橋面在跨度加載點(diǎn)處）的結(jié)構(gòu)寬度應(yīng)不大于200mm，結(jié)構(gòu)總高度不超過(guò)600mm等[5]。這些要求對(duì)于結(jié)構(gòu)模并規(guī)定最終以荷質(zhì)比F的大小作為競(jìng)賽的主要判別標(biāo)準(zhǔn)，F(xiàn)的計(jì)算方法見(jiàn)（1-1F

FG

（1-（N；Q（N狀況四結(jié)構(gòu)在加載階段的跨中豎向變形過(guò)40mm也即結(jié)構(gòu)模型在滿足相應(yīng)承載力要求的同時(shí)，還應(yīng)滿足一定的剛度要求。502502膠水粘接成設(shè)計(jì)要但應(yīng)的是如果結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)形式不夠合理則有可能導(dǎo)致材料用量較多而結(jié)構(gòu)整502膠水的結(jié)構(gòu)選型I1-21-21-31-3該模型受力體系設(shè)置了類(lèi)似于斜拉橋中的索塔和，其中擬采用竹材拼接而1-41-41-4。結(jié)構(gòu)選型IV1-5圖1-5越來(lái)越大的荷載作用由此通過(guò)拱形結(jié)構(gòu)與斜共同受力減少拱和索塔各自獨(dú)立結(jié)構(gòu)選型V1-6該模型受力體系是對(duì)結(jié)構(gòu)選型IV的改進(jìn)。主要是將一部分斜拉竹條換成斜向桿該結(jié)構(gòu)的問(wèn)題在于將竹條換成斜向桿的做法意味著要耗費(fèi)的竹材同時(shí)這1-6SAP2000IVV均在承載力和變形方面具經(jīng)過(guò)對(duì)結(jié)構(gòu)選型IVV從節(jié)約材料用量角度與結(jié)構(gòu)選型IVV中將部分斜拉竹條換成斜桿，由此導(dǎo)致竹材的耗費(fèi)；但同時(shí)，與結(jié)構(gòu)選型IV相比，由于結(jié)構(gòu)選型V較大程度減少了索塔所承VIV中索塔桿件耗材IVV的整體耗材比較相近，結(jié)構(gòu)選型V的整體耗材還略少一些。從確保結(jié)構(gòu)承載力角度出如上文所述，與結(jié)構(gòu)選型IV相比，結(jié)構(gòu)選型V較大程度減少了索塔所承受的壓設(shè)計(jì)較為合理，且做工水平基本一致的前提下，結(jié)構(gòu)選型IV和V的整體承載力較為從確保結(jié)構(gòu)剛度角度前提下，結(jié)構(gòu)選型IVV綜上所述，與結(jié)構(gòu)選型IV相比，結(jié)構(gòu)選型V在一定程度上節(jié)約了用材，同時(shí)能V作為此次參賽用的結(jié)構(gòu)模1-7

1-71-7結(jié)構(gòu)形式新穎，用料節(jié)點(diǎn)處理簡(jiǎn)單可靠，美觀大注意選度[8]因此在模型設(shè)計(jì)中關(guān)鍵的構(gòu)件盡量使用順紋強(qiáng)度以充分發(fā)揮材料的力學(xué)性能1-860mm2章材料力學(xué)性×430×0.50mm本色側(cè)壓雙層復(fù)壓竹皮、1250×430×0.35mm本色側(cè)壓雙層復(fù)壓竹1250×430×0.20mm性能參考值為：彈性模量1.0×104MPa，抗拉強(qiáng)度60MPa?？紤]到竹材桿件的抗壓承所型中相關(guān)桿件的力學(xué)性能在進(jìn)行了模型桿件的軸向受力試驗(yàn)得到模、、，考慮到模型中作為索塔以及拱結(jié)構(gòu)的構(gòu)件是主要受力構(gòu)件故專(zhuān)門(mén)依據(jù)本模型中索塔以及拱結(jié)構(gòu)的構(gòu)件長(zhǎng)度、截面尺寸等制作相應(yīng)的試件。其中索塔、拱結(jié)構(gòu)構(gòu)件采用壓桿模擬采用拉條模擬。據(jù)此，競(jìng)賽組制作了壓桿試件5組，每組有試件若干根，如圖2-1；拉條試件共7組，每組有試件若干根。每組試件均具接觸面積從而獲得較好的加載效果見(jiàn)圖2-（a在拉條試件兩邊粘貼薄片增厚，2-2（b、、，2-1 （a）壓桿試件端部加墊 2-22-62-72-8。2-3 圖2-4壓桿試件固定和加載調(diào) 圖2-5拉條試件加載和數(shù)據(jù)記2-6試件的荷載-（a）試件端部竹皮脫膠開(kāi)裂（b）試件中部竹皮脫膠開(kāi) （c）試件受壓屈2-7 （a）試件上端部拉 （b）試件下端部拉 （c）試件中部拉2-82-1，各組試件的受力-2-92-1號(hào)I3123123451234V1注：截面尺寸規(guī)格為高度×寬度×腹板厚×翼緣厚×長(zhǎng)度（（a）第I（b）II（c）第III（d）IV（e）V2-9壓桿試件的受力-2-1拉條試件的試驗(yàn)結(jié)果詳見(jiàn)表2-2，各組試件的荷載-變形曲線見(jiàn)圖2-10。通過(guò)對(duì)I3根拉條試件的加載結(jié)果表明：相同尺寸拉條試件的抗拉承載力基本相近，故為2-2號(hào)I12315141V1114注：截面尺寸規(guī)格為拉條厚度×寬度×長(zhǎng)度（（a）第I （b）第II組和第III（b）第IV組和第V （b）第VI組和第VII2-10拉條試件的受力-竹材密100mm×100mm×0.2m（1.792g，1.813g1.814g0.907g/cm2，由于在制作的過(guò)5021.00g/cm2。其他強(qiáng)結(jié)合文獻(xiàn)竹[9]皮抗剪強(qiáng)度以及502膠水的力學(xué)性能數(shù)據(jù)2-32-3其他材料性能參竹皮抗剪強(qiáng)度502膠水抗剪強(qiáng)度II和壓桿試件IIIII的截面翼緣及腹板厚度均較試件III要大30%，但由于試件III的長(zhǎng)度較之于試件II要小15%，加載結(jié)果表明試件III的抗壓承載力較試件II80%左右?？梢?jiàn)試件長(zhǎng)度越短，相應(yīng)的承載48N/mm260m26000m210000/mm2的竹材彈性模量相比，本次試驗(yàn)值整體略小。I組不同試件間的抗壓承載力最大30%，由于手工制作存在一定誤差，故在模型設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)注意提高手工制后試件中部附近由于存在顯著的壓彎效應(yīng)從而引起構(gòu)件失穩(wěn)破壞，第二種是構(gòu)件端2-72-8。3章結(jié)構(gòu)分結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行優(yōu)化的前提基礎(chǔ)[10]。本設(shè)計(jì)采用結(jié)構(gòu)分析軟件SAP2000[11]，在通過(guò)試在利用SAP2000進(jìn)行結(jié)構(gòu)力學(xué)分析時(shí)，結(jié)合前期試做的實(shí)體模型的連接構(gòu)造以6000N/mm260N/mm2。應(yīng)予的是實(shí)際加載過(guò)程中會(huì)在橋梁結(jié)構(gòu)跨中位置處通過(guò)熱熔膠將加載鋼（60mm構(gòu)?？梢?jiàn)計(jì)算中將上述三種荷載按照集中荷載作用于結(jié)構(gòu)之上是一種近似簡(jiǎn)化的做分析不會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)承載力的評(píng)價(jià)產(chǎn)生影響同時(shí)結(jié)合圣定理上述簡(jiǎn)化做法對(duì)跨中在以上假定的基礎(chǔ)上，采用SAP2000建立計(jì)算模型如圖3-1，其中索塔構(gòu)件、拱構(gòu)件等均選用普通的Frame單元進(jìn)行模擬構(gòu)件也選用Frame單元進(jìn)行模擬，但對(duì)其拉壓力限值進(jìn)行了調(diào)整，使其壓力上限值為0，即無(wú)法承受壓力。最終建3-1。3-1SAP20003-23-1ZX平面對(duì)稱(chēng)，故對(duì)半榀編3-2

3-1號(hào)1---23---計(jì)算假沿橋梁結(jié)構(gòu)縱向的最大集中荷載：F46×9.8=58.8N；3-3。3-3結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算結(jié)第一級(jí)在加載鋼板左右兩端的吊鉤上各加上1個(gè)5kg砝碼施加豎向力（F1=F2=5kg，上一個(gè)3kg的砝碼施加橫向水平力（F4=3kg，代表橫向風(fēng)力）。第一級(jí)加載條件下結(jié)3-4，其中力的單位是N，力矩的單位是N·mm，下同。3-4第二級(jí)在加載鋼板右（右車(chē)道上添加一個(gè)5kg砝碼（左車(chē)道不添（F1=5kg，3-5。3-5第三級(jí)在加載鋼板左端（左車(chē)道）5kg砝碼，右端不添加，使兩側(cè)荷載平2kg的砝碼施加縱向水3-6。3-6第四級(jí)、五級(jí)加2kg的砝碼施加縱向水平力。橫向風(fēng)荷載不50kg，加載結(jié)束（本次比賽最大豎50kg50kg50kg）。限于篇幅，這里直接給出最大3-7。3-73.1節(jié)3-2

3-210002-3004-----5-----5----6-----7----基于SAP2000SAP2000的鋼結(jié)構(gòu)模塊進(jìn)行構(gòu)件承載力驗(yàn)算。從偏于保守出發(fā)，依據(jù)荷載規(guī)范的有關(guān)荷載組合規(guī)定，將可變荷載引起的內(nèi)力放大1.4倍[2,12]。所有構(gòu)件視為壓SAP2000計(jì)3-8。3-8SAP20003-81，且絕大多數(shù)情況下構(gòu)件的應(yīng)力比均小于0.5，滿足要求。應(yīng)予以的是：受到競(jìng)賽中加載設(shè)備的限制，在加載過(guò)程中采用SAP20002章所述，對(duì)本模型的主要構(gòu)件進(jìn)行了軸拉或軸壓試驗(yàn)，現(xiàn)將針對(duì)不3-3。3-3試驗(yàn)值理論最大計(jì)算值12-34--5--6--4.2節(jié)。3-954kg，達(dá)到預(yù)期 3-93-103-108.46mm40mm的變形限值要求。經(jīng)過(guò)將上述數(shù)據(jù)與實(shí)測(cè)的模型變形數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比6000N/mm26000N/mm2，由此造成理論計(jì)算中結(jié)構(gòu)變形值較實(shí)測(cè)值略高。此外理論計(jì)算中所采用的其它假定也會(huì)造成計(jì)算結(jié)果與實(shí)際結(jié)果之間的差異。綜上，利用SAP2000軟件并結(jié)合相應(yīng)的加載試驗(yàn)分析，對(duì)本競(jìng)賽小組設(shè)計(jì)的結(jié)4章模型制4-14-14-24-24-1112230.354890.350.354-24-2裁剪竹并考慮多一些竹片，以確保一定的材料富余量，裁剪好的竹片見(jiàn)圖4-3。 4-3桿件4-4。 （b）第二（c）第三 （d）第四4-4節(jié)點(diǎn)4-5~4-7是節(jié)點(diǎn)剛片的三維示意圖。 4-5 4-6 4-74-84-84-94-94-104-104-11結(jié)束新，為我們的青春添一份的回憶。解決實(shí)際工程問(wèn)題是人生的終極目標(biāo)，人生的最大意義也在此展現(xiàn)。此次結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)大賽正是給我們提供了一個(gè)展示自我和交流創(chuàng)新的平臺(tái)。通過(guò)賽事題目，增強(qiáng)了我們對(duì)工程問(wèn)題的責(zé)任擔(dān)當(dāng)，讓我們有意識(shí)地去了解工程中遇到的問(wèn)題。雖然在整個(gè)參賽過(guò)程中，接連不斷的與失敗讓我們吃盡了苦頭，里我們?cè)鴰状伟疽?、我們?cè)鵂?zhēng)執(zhí)不休、我們也曾滿身膠水；我們?cè)悦＿^(guò)、彷徨過(guò)、疑惑過(guò)、怨恨過(guò)……但我的細(xì)心指導(dǎo)下，我們不斷地改進(jìn)優(yōu)化自己的模型、提高手工制桿水平、減輕質(zhì)量、優(yōu)化結(jié)構(gòu)，最終我們的模型走到了今天。每一次改進(jìn)都是進(jìn)步，每一次進(jìn)步都是成功！通過(guò)此次比賽，我們培養(yǎng)了自己的團(tuán)隊(duì)合作精神、創(chuàng)新精神、敬業(yè)精神和動(dòng)手能力，還有大家在一起吃苦耐勞的團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神！表示感謝！原來(lái)學(xué)習(xí)生活中不曾有過(guò)的東西，這也是舉辦本次大賽的目的之一。在這份計(jì)算書(shū)里，我們用自己有限的水平勾畫(huà)著心中的藍(lán)圖，對(duì)它充滿信心，相信自己能夠成功。當(dāng)然其中仍可能有疏漏、有不足，懇切希望評(píng)審專(zhuān)家提出批評(píng)意見(jiàn)和建議，以利于我們的學(xué)習(xí)與改進(jìn)。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)大賽的舉辦歷史悠久，預(yù)祝此次結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽取 功二零一四年十參考文高興元.橋梁工程[M].:,JTGTF50-2011《公路橋涵規(guī)范》.:人民交通,周水興.橋梁工程(第2版)[M].重慶:重慶大學(xué),,,,等.大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽中創(chuàng)新能力的培養(yǎng)與發(fā)揮[J].高等建筑教育2011,20(5):121-124.第四屆中南地區(qū)大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽組織.“中辰杯”中南地區(qū)第四屆大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽細(xì)則[R].廣州:華南,2014.,,.淺談大學(xué)生結(jié)構(gòu)模型設(shè)計(jì)競(jìng)賽[J].中國(guó)高新技術(shù)產(chǎn)業(yè),2013(10):27-28.張,.淺談結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)競(jìng)賽的材料性能和模型細(xì)節(jié)處理[J].科協(xié)2011(1):72-GB50005-2003木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)