西南交通大学
第十三届结构设计竞赛
桥梁承重B组设计理论方案
作品名称梦之星
参赛编号B45
组长姓名/ 班级/ 学号/
队员姓名/ 班级/ 学号/
队员姓名/ 班级/ 学号/
组长电话/
西南交通大学第十三届结构设计竞赛组委会
二〇一三年
摘要
桥梁建筑的设计讲究造型美观、受力合理、节省材料、承载力大、制作精细。作为一个土木学子，我深深震撼于桥梁结构设计的魅力，我将通过亲身的经历来践行桥梁设计的创意与特色，体验一次工程师的波澜壮阔之旅。
本次设计的“堑道”，基于钢架桥的思想，充分利用了材料的抗压和抗拉特性，运用结构力学和ANASYS软件等手段，优化杆件的布设和连接，得到了整体性和韧性都比较强的三跨连续桁架桥。采用正三角形的侧边叠接，斜杆与横杆沿面延伸方向铰接，增加了杆件的受弯刚度；节点的处理采用齿状咬合并用AB胶强力粘附，受压杆耦合嵌入纵向拉杆中，增加了整体的稳定性。削弱桥面，减轻了重量；支座处加大杆件厚度，充分传力。
我们通过计算和软件分析了结构的受力，验证了桥在10-15kg的重量下的稳定性，得到了可靠的结果。并在薄弱的环节进行了锚固与加粗，最后用砂纸将突出的部分打磨光滑，增加了结构的美观。
一次实践，终身受益，小试牛刀，我们倍感信心。
关键词
模型选型荷重比节点处理
目录
一、设计说明书..............................................................
1 方案构思 (1)
1.1作品名 (1)
1.2造型 (1)
2 结构选型 (1)
2.1设计准则 (1)
2.2整体选型 (2)
3 材料试验 (2)
4 结构设计 (3)
4.1结构整体布置图 (3)
4.2构件尺寸详细设计 (3)
4.3构造（节点）设计图 (4)
4.4 模型三维效果图 (5)
5 特色处理 (5)
6 制作工艺 (5)
二、模型计算书 (6)
7 计算模型 (6)
7.1模型简化 (6)
7.2荷载模拟 (6)
8 内力分析 (6)
9 构件验算 (9)
9.1材料参数 (9)
9 承载力估算 (9)
参考文献 (9)
一、设计说明书
1 方案构思
首先分析材料的特性，PVC材料具有较强的抗拉抗压性能，但极易脆断，因此应尽量减少结构的应力集中和尺寸突变。同时，PVC材料易于加工，基于钢桁架的启发，我们可以设计成抗拉抗压型的桁架桥。桁架尽量精短，防止动载作用时脆断。而要结构均匀受力，就必须要求结构具有高度的对称性，我们从正三角形受力特征出发，采用完全一致的正三角压杆，并增加其承重能力。为了减轻结构的重量，拉杆设计细长，压杆粗大（防止失稳），利用主梁受弯，腹杆受压，横杆受拉的方式传力。
1.1作品名
作品的名称为“梦之星”，包含两层含义。第一是梦想和希望，梦是我们心中的梦想，象征着我们对梦想的执着地追求，同时上升到集体，又是大家共同的梦想：通往幸福和平共产主义大道，是我们的青春梦，是青春梦托起的中国梦。第二，星象征凝聚和闪烁，是我们三人行辛勤汗水的象征，表示我们的团结和精诚合作，是我们付出的体现。
1.2造型
桥梁之美，在于造型。拱桥易于抗压，悬索和斜拉桥在于桥台和绳索的张拉；基于材料较高的抗拉和抗压性能，我们选择了设计桁架桥。PVC板易于加工成桁架杆，模仿钢桥的设计思路，用三跨完全对称的正三角形桁架进行连接，支座处用梯形进行搭接；耦合和嵌入使节点看上去毫无矫揉造作之嫌，然后用砂纸打磨成白色，显得结实又美观。
2 结构选型
2.1设计准则
首先，设计的作品应该满足比赛的要求，即跨度、净空、宽度及是否铺设桥面。
其次，尽量减轻桥的质量。在满足承载要求的情况下，最后的成绩等于承载除以质量，故质量越小得分越高，质量往往是最后取胜对手的关键因素，关键还在于减少不必要杆件的厚度，增加关键受压杆件的厚度。
然后，保证足够的承载能力，承载能力是衡量桥梁稳定性能的重要指标，在质量小的情况下要求有最优的承载能力，即每根杆件能充分发挥其受力的价值。
最后是美观，造型独特，给力一种美的享受，桥的设计也是一种艺术的设计。
2.2整体选型
首先确定了结构为桁架桥结构，以“主梁主要承受拉力和弯矩，斜杆主要承受压力，横杆主要承受拉力和防止侧面转动”为原则，查阅网上资料，确立具体的设计方案与步骤。选择三角形斜杆构造连接和梯形横杆构造连接。具体的步骤如下：
②据大赛尺寸要求，初步确定桥梁的跨度、高度和宽度；
②查阅相关材料的具体物理力学特性，如材料的弹性模量和拉压性能；
③根据经验和受力状况，设计出桁架桥的大体轮廓和构造；
④以实际情况为准，提取计算简图；
⑤利用结构力学求解器软件对结构进行模拟加载，计算出各杆所承受轴力及弯矩，以确定桥梁各单元杆件截面尺寸；
⑥结合杆件材料的密度，选择合适的荷重比。
该桥梁的选型综合桁架和箱梁的特性，上下两侧分别用竖着的横杆相连，使结构从侧面上看呈一个箱形，保证结构的整体性。在受压处直接用斜杆支撑，达到了物尽其用的作用。
具体的优点为：
一、设计时，正三形抗压杆连续分布，受力匀称且外设美观。
二、设计简约，对称，充分利用了材料的拉压性能。
三、采用压杆粗--拉杆细的粗细结合，充分节省了材料。
四、杆件沿延伸方向连接，增加了刚度。
五、关键节点采用咬合与锚固板结合，增加了整体性和美观性。
3材料试验
3.1模型称重
在做完第一跨时，为了保证模型的质量尽量小，首先进行了称重，第一跨重越220g。
也就是说，三跨的可能的总重量为660g左右，加上桥面（估计为200g），总体的桥的重量达860g左右。
第二次称量，在三跨完成后，重量达640g。基本上在预计的范围内。
进行三跨的组装，支座处进一步加固，并加上桥面，第三称量，最后的桥的重量为940g。模型略显沉重，但结实易于受载。
3.2模型的模拟加载试验
如图所示：将制作的桁架桥的一跨放置在凳子的两侧，在跨中悬吊一本书（约0.8kg），在跨中两侧各10cm处套上测试挠度的小环，并在环上套一支中性笔，让其自然垂直到下面纸面的距离为5mm。如果挠度过大，则中性笔会在纸上滑下痕迹，以此判断挠度是否达标。然后在桥面上放七到八本书，沿桥的纵向方向移动，注意制动力对顺桥方向的桥的影响，缓慢驶过桥面，观察桥面的稳定性和产生到挠度。
在本次模拟加载实验中，挠度测试发现几乎没有挠度，书能顺利
通过桥，说明了该设计能够满足桥的强度要求和挠度要求。
考虑到材料的脆性，本次试验没有做破坏性实验，即桥的最大承载力未知，由于条件所限，未能完成动载试验的测定。在风的吹拂下，
我们看到桥明显具有较强的稳定性，这在一定程度上反应了桥的对动
载的承受能力。
4 结构设计
4.1结构整体布置图
根据设计的桁架的形式，我们对三跨的布置进行了设计，得到了如下图所示的整体布置图。其中：三跨的长度各自相等，图一为主视图，图二为左视图。
图一
图二
正三角形斜杆相互交错布置（如主视图），跨与跨的连接处采用横杆和竖杆连接成一个整体，并用竖杆直接承受压力。两侧之间为了防止其发生转动，采用对称的两斜杆相连，上部用铆固片与横杆相连（如左视图）
4.2构件尺寸详细设计
如下图所示：设计的三跨为完全相同的桁架体系。具体见图中的标注，该尺寸正好满足了比赛的要求范围，从而得到桥的全长为1785mm，桥的总宽为231mm，桥的高度为69mm.从而充分保证了桥构造的合理性与可施工性。
（单跨总体图）（左视图）
（主视图）
（俯视图）
4.3构造（节点）设计图
节点的设计采用了耦合与嵌入方法，斜杆和纵杆
之间采用纵杆交接处削弱，斜杆削好吻合的切口，
正好与纵杆紧密地咬合在一起。同时，受拉横杆可
以削一个缺口，正好卡住纵杆与斜杆铰接的地方，
用AB胶粘牢固，便能够很好地传力。如右图：
横向斜杆采用卡住纵杆的方式，同时两根横向斜杆削
成平齐的缺口抵在下面一排的横杆上，两斜杆和横杆相互
平齐用锚杆板锚固在一起，如左图：
桥端节点采用咬合加铆固的形式，和中间斜杆与纵杆的连接类似，同时考虑到该处比较薄弱，采用锚固板进一步加固，整体构造成倾斜度为35度左右的三角形，如下图：
4.4 模型三维效果图
采用CAD进行三维渲染，可以得到三维模拟的渲染图；下图为最后成品的图片；整
体的效果十分匀称和谐。
5 特色处理
主要分为节点、桥面、桥墩和杆件的特色处理。
节点的特色处理有如下几点：
①咬合与锚固相结合，增加节点的稳定性。
②对不必要的节点端头进行打磨，减轻了重量，增加了节点的光洁度。
③上下节点相互错开，均匀分布，增加了整体在纵向的抗错动性。
桥面的特色处理有：
①桥面进行削弱，用较薄的一层铺设，减轻了整体的重量。
②对桥面进行打磨，使削后的桥面变得更加平整和光滑。
桥墩的特色处理：
①桥墩处设计竖杆，直接承受竖向压力，减轻了斜杆的荷载。
②纵杆与墩座出用斜杆交接，增加了传力的特性和稳定程度。
杆件的特色处理：
①拉杆压杆粗细分明，充分利用材料的特性，减轻了重量。
②杆件进行打磨显得更加光洁。
6 制作工艺
采用三跨分开制作，采用阶梯式制作方案。
首先，计算出相关的杆件的长度，并裁好模型所需的杆件材料。根据杆件的长度，削成该长度的一些杆件，并用AB胶粘贴起来进行加厚。待AB胶充分凝固和进行组装。
然后，从两侧的斜杆做起，削好缺口，并用量角器精确量取60度的角度，准备纵杆，
削好缺口，进行嵌入和粘附。在粘附的同时用风扇吹拂，用手压住已经定好的形式，过几分钟后进行下一步。
接着，进行另一侧边的制作，等两侧边制作好之后，开始制作横向斜杆，一人削孔，一人进行对齐咬合粘附。然后制作横杆，待横杆完全嵌入之后用AB胶粘附牢固，然后进行斜杆的拼装。
然后，做完一跨接着做另一跨，再连接做好的两跨，这样直到连接三跨为一个整体为止，最后制作桥墩和铺设桥面。注意桥墩的制作要紧密地与两跨联系起来，使跨受力充分转移到桥墩上来。桥面尽量削薄，减轻桥的总质量。
二、模型计算书
7计算模型
7.1模型简化
由于小车缓慢行驶，忽略加速度，其荷载可视为静荷载，忽略小车制动力的影响，忽略风等偶然荷载的作用。
设小车的重力为F牛顿；作用于小桥的跨中，三跨的大小完全一样，可以用一跨的受力代替三跨来进行分析，计算跨中的受力和两侧处10cm处的挠度。忽略桥的横向宽度和厚度。
7.2荷载模拟
按集中力作用来模拟结构的受力，得到如下所示的荷载分布图，此时为最危险的情况，实际结果应稍加乐观，以此判断结构的受力状态，完全可以保证结构的承载要求。
8 内力分析
桁架桥宽231mm、桥长1785mm、高69mm，每个节段长595mm，截取跨中三个正三角（比
较危险的地方）加以计算分析，在载荷作用下分析各杆件的受力状况。
建模假设：
建立有限元模型是基于以下假设的基础上形成的：
① 假设桥面板和纵梁的形心在同一水平面上。
② 假设各节点满足理想连续条件。
③ 假定结构不发生预应力损失。
④ 整个结构自下而上建模。
⑤ 忽略单元桥面板的垂度变化。
⑥ 建模坐标定义为，顺桥向为x 方向、横向为y 方向、竖向为z 方向。
⑦ 各杆件的单元类型、实常数等规定如下表所示。
表 桁架桥各杆件单元属性 构件名称
单元类型 单元编号 材料号 实常数号 下弦梁
BEAM4 1 1 1 上弦梁和横梁
BEAM4 1 1 2 端斜腹梁
BEAM4 1 2 3 其他斜腹杆
LINK8 2 3 4 竖杆
LINK8 2 3 5 桥面板 SHELL63 3 4 6
单元的选择：
梁单元用BEAM4来模拟的。它是一个轴向拉压、扭转和弯曲的单元，每个节点有6个自由度，包括3个平动和3个转动自由度。本单元具有应力刚化和大变形功能。杆单元是用LINK8来模拟。桥面板单元用SHELL63来模拟。
结果分析
⑴ 总体结构位移图
图A 桁架桥在集中力作用下的位移图
由图2知，结构的挠度由跨中向两端逐渐减少。由于最大挠度发生在跨中，一般的结构静力作用下要满足900/1/≤L δ，从而可以检验桁架桥结构在这样的集中力下是满足刚度要求的。由上图又知，腹梁构件应力全为负值，说明它是受压的，而且它的最大弯曲应力达到了KPa 级，可见对它做梁单元
的假设是正确的。在跨中部分腹杆的受力比较小，甚至有理论上的“零杆”。
从图还可以看出除下弦杆端横梁以及上弦杆的中间横梁是受压的，除此之外的所有构件都是受拉的，而且下面横梁的轴应力显然要大于上面构件的轴应力，这些都是需要注意的地方。所有可以将上弦梁假设为杆件，下面的横梁的横截面积要适当的比上面的横截面积大一些。
⑵桁架中下弦杆的受力分析
图B下弦杆受力后的位移图
由图3可见，桁架的弦杆在跨中部分受力比较大，向支座方向逐步减小。下弦梁除了下挠度外还有沿X轴正向的移动，故它是在受拉的，且大多在1～9KPa之间。这也符合桥梁在实际建造的所要遵循的要求。
⑶桁架中竖杆的受力分析
图C 竖杆受力后的位移图
由图C知，对于杆件也可以从杆上相对的竖向位移来判断，中间竖杆是相对原来变长了。当桁架只承受节点荷载时，所有杆件只受轴心拉力或压力；如在杆件节间内也承受荷载，则该杆件将同时受弯。桁架杆件一般较细，布置节点时应尽量避免或减小局部弯矩。对杆件截面高度与长度比值较大的桁架，必要时应考虑节点刚性引起的杆件次应力。
⑷桁架中除端斜腹杆外的其他腹杆的受力分析
图D斜腹杆位移图
由图D知，最中间两对杆件是受压的，而其他边上的两对则是受拉的，应力值也在1～9KPa之间。
4 结论
（1）弹性模量是影响结构线性的主要因素，上弦杆同一水平面预应力束张拉力的大小是否均衡是杆件轴线能否调整到位的决定因素。
（2）桁架的弦杆在跨中部分受力比较大，向支座方向逐步减小；而腹杆的受力主要在支座附件最大，在跨中部分腹杆的受力比较小，甚至有理论上的“零杆”。
（3）以上的分析是在假设建模条件下得出的，而与有些假设不符合，则需要再次建模来设定单元的种类和实常数，如腹杆需要加强，而上弦杆为了经济则可以减弱一些。
9 材料参数
经过网上查阅相关资料和实验验证，我们得到pvc材料的主要力学指标如下:
表9-1pvc板的材料参数
内容标准值/MPa
弹性模量1500~3000
抗拉40~53
抗压54~67
抗弯0.5~1.2
抗剪0.6~1.4
注：表中数据仅为相对大小的参考值，不可用于精确力学计算。
载力估算
按荷载、受力分析，结构可承受18KG重物。但是由于实际结构刚度较弱以及做工较理想化有一定的人为差距，所以人为规定一个“保守系数”KP=0.8
所以结构承重 F 176.4*0.8=141.12(N)
参考文献
[1]隋庆海.三角形截面曲线钢管桁架结构的几个节点设计与构造处理简介.中国建筑东北设计院深圳分院.
[2]杜正国.结构力学教程.成都：西南交通大学出版社.2003
[3] ANSYS有限元分析实用教程[M]．北京：机械工业出版社，2005．
[4] ANSYS土木工程应用实例（第二版）[M]．北京：中国水利水电出版社，2007
目录 《桥梁工程》课程设计任务书---------------------------------------------2 桥梁设计说明------------------------------------------------------------------3 计算书---------------------------------------------------------------------------4 参考文献------------------------------------------------------------------------24 桥梁总体布置图---------------------------------------------------------------25 主梁纵、横截面布置图-----------------------------------------------------26 桥面构造横截面图-----------------------------------------------------------27
《桥梁工程》课程设计任务书 一、课程设计题目(10人以下为一组) 1、钢筋混凝土简支梁桥上部结构设计（标准跨径为25米，计算跨径为24.5米，预制梁长 为24.96米，桥面净空：净—8.5+2×1.00米） 二、设计基本资料 1、设计荷载：公路—Ⅱ级，人群3.0KN/m2，每侧栏杆及人行道的重量按4.5 KN/m计 2、河床地面线为（从左到右）：0/0，－3/5，－4/12，－3/17，－2/22， －2/27，0/35（分子为高程，分母为离第一点的距离，单位为米）；地质假定为微风化花岗岩。 3、材料容重：水泥砼23 KN/m3，钢筋砼25 KN/m3，沥青砼21 KN/m3 4、桥梁纵坡为0.3%,桥梁中心处桥面设计高程为2.00米 三、设计内容 1、主梁的设计计算 2、行车道板的设计计算 3、横隔梁设计计算 4、桥面铺装设计 5、桥台设计 四、要求完成的设计图及计算书 1、桥梁总体布置图，主梁纵、横截面布置图（CAD出图） 2、桥面构造横截面图（CAD出图） 3、荷载横向分布系数计算书 4、主梁内力计算书 5、行车道板内力计算书 6、横隔梁内力计算书 五、参考文献 1、《桥梁工程》，姚玲森，2005，人民交通出版社. 2、《梁桥》（公路设计手册），2005，人民交通出版社. 3、《桥梁计算示例集》（砼简支梁（板）桥），2002，人民交通出版社. 4、中华人民共和国行业标准．公路工程技术标准（JTG B01-2003）.北京:人民交通出版社,2004 5、中华人民共和国行业标准．公路桥涵设计通用规范(JTG D60-2004)含条文说明.北京:人民交通出版社,2004 6、中华人民共和国行业标准．公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTG D62-2004)含条文说明 六、课程设计学时 2周
第六届全国大学生结构设计竞赛赛题 1．命题背景 吊脚楼是我国传统山地民居中的典型形式。这种建筑依山就势，因地制宜，在今天仍然具有极强的适应性和顽强的生命力。这些建筑既是我中华民族久远历史文化传承的象征，也是我们的先辈们巧夺天工的聪明智慧和经验技能的充分体现。 重庆地区位于三峡库区，旧式民居中吊脚楼建筑比比皆是。近年来的工程实践和科学研究表明，这类建筑易于遭受到地震、大雨诱发泥石流、滑坡等地质灾害而发生破坏。自然灾害是这种建筑的天敌。 相对于地震、火灾等灾害而言，重庆地区由于地形地貌特征的影响，出现泥石流、滑坡等地质灾害的频率更大。因此，如何提高吊脚楼建筑抵抗这些地质灾害的能力，是工程师们应该想方设法去解决的问题。本次结构设计竞赛以吊脚楼建筑抵抗泥石流、滑坡等地质灾害为题目，具有重要的现实意义和工程针对性。 2．赛题概述 本次竞赛的题目考虑到可操作性，以质量球模拟泥石流或山体滑坡，撞击一个四层的吊脚楼框架结构模型的一层楼面，如图2.1所示。四层吊脚楼框架结构模型由参赛各队在规定的时间内现场完成。模型各层楼面系统承受的竖向荷载由附加配重钢板实现。主办方提供器材将模型与加载装置连接固定（加载台座倾角均为o 30θ=），并提供统一的测量工具对模型的性能进行测试。 图2.1.第六届全国大学生结构设计竞赛赛题简图 配重1M 配重2M 配重2M 后固定板 前撞击板 螺杆 钢底座 钢架A 钢架B 不锈钢半圆滑槽 模型部分（含部分加载装置） 加载台座 θ θ 加速度传感器 螺杆 硬橡胶
3．模型要求 图3.1.模型要求示意图 图 3.1模型设计参数取值表 q o 30 0L 20cm > —— H 1cm 99± L < 24cm —— q 配重1M 配重2M 配重2M 前撞击板 后固定板 底板 模型平面尺寸要求示意图 要求平整，且与前撞击板端头有效接触面积不小于22cm 要求平整，且与后固定板端头有效接触面积不小于22cm 底板示意图 允许固定区域 硬橡胶
桥梁结构设计理论方案 桥梁结构设计理论方案作品名称方舟桥参赛学校黑龙江八一农垦大学参赛队员专业名称土木工程、土木工程、土木工程土木工程、指导教师黑龙江省大学生结构设计竞赛组委会二○一一年目录模型方案说明11、材料12、设计思路13、外形选择24、比赛设计要求2结构设计说明21、参考资料22、材料力学性能估计33、结构选型34、截面选用45、荷载分析56、内力分析及计算简图67、试验研究98、承载能力估算99、破坏分析10模型方案说明1、材料桐木、502胶水，实际制作过程中常需在木材上涂胶，所用材料实际是木胶复合材料，其受拉时呈现线弹性和脆性，木材顺纹受拉弹性模量为，木材顺纹抗拉强度设计值为； 2、设计思路众所周知，材料在受拉力的情况下能够最充分的发挥强度，因此在结构的设计中尽可能多的利用木材的抗拉性能，充分发挥502胶水较强的抗剪能力，以及截面较为开展的木材较好的抗压能力，应用桁架结构设计一座质量尽可能小但承载能力尽可能大的木桥。因此，采用由规则矩形拼成的工字型木杆作为支撑桥面板的主梁，利用4*6的矩形木杆作为腹杆，其中竖杆主要受压； 应用粘合后的薄木片作为鱼腹式下弦的受拉构件。上下桥面采用梯形连接，减少材料用量。 3、外形选择模型跨度：1200mm模型长度：1300mm模型宽度：180mm模型高度：180mm结构形式：梁—桁架组合结构模型重量：130.77g 4、比赛设计要求几何尺寸要求(1)模型长度：模型有效长度（即悬空部分，也就是两侧可升降平台端部距离）为1200mm，两端提供竖向和侧向支撑。对于竖向支撑，每边支撑长度为0-70mm（起侧向支撑作用的侧向支撑挡板可左右活动，距离升降平台边缘距离范围为50-70mm，即距离升降平台边缘最远为70mm，最近为50mm，当模型端部支撑长度不足50mm时，则不能提供侧向支撑，仅能提供竖向支撑），如下图2所示。 (2)模型宽度：在模型有效长度范围内（中央悬空部分），模型宽度应不小于180mm，最宽不应超过300mm； 在支座范围内，宽度不限，但不应超过320mm。 (3)模型高度：模型上下表面距离最大位置的高度不应超过400mm； 为方便小车行驶，中央起拱高度不应超过40mm（中央起拱高度指未加载时，对于放置好的模型，端部构件上表面与模型中央起拱最高处构件上表面的距离）； 端部支座位置处的高度不应超过150mm。 2.2结构形式要求对于结构形式没有特定要求，桥面设置两个车道，每个车道宽不得小于90mm，因两车道之间设有行车导索，所以车道之间不能有立柱、拉索一类的构件。 结构可以仅采用竖向支撑的方式，也可以采用竖向和侧向同时支撑的方式来实现约束，如果模型制作失误，不能够完成约束和加载，后果由参赛队伍自行承担。 结构设计说明1、参考资料《结构设计大赛细则》《木结构设计规范》《桥梁工程》2、材料力学性能估计桐木作为模型材料，其力学性能特点是受拉性能良好，抗撕裂能力差，抗弯压能力较弱，将木材粘合成横截面较大的材料后，可承受一定的弯矩，但受长细比的限制，多为压杆失稳状态的受力破坏。 502胶的粘接性能：木材粘接时原来的性质会发生改变，木材变得脆而且易
结构设计大赛之桥梁模型设计戴洁 (广东交通职业技术学院，广东广州510650) 摘要：文中从结构设计大赛的模型要求及比赛加载方式分析入手，提出桥梁模型的设计方案构思，选择结 构方案．并进一步对模型进行了强度、刚度和稳定性受力分析。试验证明本次设计制作的桥梁模型非常坚固， 承受极限荷载接近于封顶值50 kg。 1桥梁模型设计 1．1模型要求及加载方式分析 结构设计大赛拟设计桥梁结构模型。桥梁结构模型设计尺寸要求为：桥面总长l 000 mln；桥面高不低于120 toni：桥面总宽160～180rnITl；桥面净空高度不小于200 toni：最大跨径不小于400 mm。尺寸要求体现了桥梁设计的桥下净空和桥面净空等功能要求。比赛加载方式为动静载结合方式，初赛要求徒手将一辆l5 kg的小车从桥头拉至最大跨的跨中位置．并在该位置停留不少于5 S 然后拉到桥部。模型不至于失效方可进入决赛。决赛采用跨中集中力加载方式，初始荷载为20 ，荷载增加梯度为5 k 次，封项荷载为50 。每次加载后停留5 S。模型不失效即加载成功。模型不失效的标准：模型强度足够、不失去整体承载力：模型跨中挠度不超过l5 mm。小小桥模型须承受l5～50 kg的重量，由此带来的跨中弯矩较大，承载亦不易。但更
难控制的还是弯曲变形，挠度不超出15 mln即要求模型具有足够的抗弯刚度。 1．2材料分析 参赛的结构模型要求采用组委会统一提供的绘图纸、棉线和乳胶。主体材料为绘图纸．辅助材料为棉线和乳胶。单张的绘图纸只能承受少量拉力，不能作为受弯、受压构件，即使多张绘图纸叠放具有抗弯强度．也不能提供足够的抗弯刚度。要使纸构件提供足够的强度和刚度．一种方法将纸卷成圆柱形．作成圆形梁和圆形柱：另一种方法将纸张切片叠成一定厚度并粘在一起．作成一定高度的薄梁．可以用作桥面的抗弯构件。但从整体结构上必须布置成纵、横梁网格系。棉线抗拉能力强，不能受压．只能用来做受拉构件，吊(拉)桥面或捆绑节点，增强节点强度。白乳胶主要起粘结作用。 1．3结构选型与方案构思 鉴于比赛的加载重量大。且挠度变形量控制严格，桥型结构不能采用单一的梁桥、拱桥、悬索桥，而必须采用组合体系桥梁。为使桥面平整，便于行车，主体结构采用梁式桥型。为了增强模型的整体抗弯强度和抗弯刚度．布置斜拉杆(索)或垂直吊杆(索)。用卷成圆柱形的纸杆作为刚性斜拉杆或吊杆．节点用棉线捆绑牢固，做成类似斜拉桥的板拉桥刚性拉杆。桥面下可用拱形结构支撑桥面．也可以采用桥墩加斜撑辅助支撑桥面。拱形结构受力合理．但制作困难。下部结构主要采用实心的圆柱形纸杆作桥墩．由于直径有限(直径大时耗材多)，难以保证桥墩的稳定性，而空心纸卷制作起来有困难．也不能提供足够的抗压强度，所以桥墩结构上必须加强各杆件的横向联系．以增强桥梁的整体稳定性。主孔纵向设计为梁式桥结合“A” 型塔斜拉桥。主
毕业设计(论文)开题报告 题目: 茶庵铺互通式立体交叉K65+687跨线桥 方案比选与施工图设计 √论文□课题类别: 设计□ 学生姓名: 周伟其 学号: 18030222 班级: 桥土07-02班 专业( 全称) : 土木工程( 桥梁工程方向) 指导教师: 韩艳 3月
独塔双跨式斜拉桥也是一种较常见的孔跨布置方式, 由于它的主孔跨径一般比双塔三跨式的主孔跨径小, 适用于跨越中小河流和城市通道。 独塔双跨式斜拉桥的主跨跨径与边跨跨径之比一般为1.25～2, 但多数接近1.52, 两跨相等时, 由于失去了边跨及辅助墩对主跨变形的有效约束作用, 因而这种形式较少采用。 斜拉桥与悬索桥一样, 很少采用三塔四跨式或多塔多跨式。原因是多塔多跨式斜拉桥中的中间塔塔顶没有端锚索来限制它的变位。因此, 已经是柔性结构的斜拉桥或悬索桥采用多塔多跨式将使结构柔性进一步增大, 随之而来的是变形过大。 2.2.4斜拉桥的施工工艺及描述 主梁施工 主梁除钢主梁和叠合梁采用工厂加工制作, 现场起吊拼装形成外, 预应力混凝土主梁大多采用挂篮现浇或支架现浇, 少数也有采用预制拼装法完成。挂篮悬浇法由于其造价较低, 且主梁线形易于控制, 采用较为广泛。在中国, 挂篮悬浇从后支点发展大前支点(也称”牵索式挂篮”) , 从小节距发展到大节距, 从轻型发展到超轻型从节段施工周期15天发展到最快4天, 技术已经逐渐成熟。牵索式挂篮的采用提高了挂篮承载能力, 加快了施工速度。 索塔及索塔基础施工 当前中国斜拉桥无论采用H形, 倒Y形, 还是钻石形索塔, 均采用钢筋混凝土结构。钢筋混凝土索塔的形成, 主要取决于支架和模板工艺。近年来大多采用简易支架或无支架施工法; 索塔施工模板、提模、翻模及爬模工艺, 其中爬模造价较低, 浇注节段高达6～9米, 施工速度快, 外观较光滑。斜拉桥因为其跨径较大使得主塔墩基础竖向荷载相应较大, 从而基础工程相应较大。索塔基础一般采用桩基础、钢围堰、沉井、或围堰加桩基础施工方法。 拉索施工 拉索的加工一般采用热剂PE防护法在工厂或现场加工。拉索锚头有热铸和冷铸两种, 大多采用冷铸锚头。拉素大多系整束集中防护张拉, 但也有个别采用平行钢绞线分束防护张拉。斜拉索的张拉、牵引与张拉。随着斜拉桥的跨径增大, 拉索长度和质量随之增大, 其张拉、牵引及张挂的力度与难度随之增大。一般采用放盘法自下而上牵引到位或采用整盘吊装上梁后牵引上塔。
第十届全国大学生结构设计竞赛赛题 大跨度屋盖结构 1 赛题背景 随着国民经济的高速发展和综合国力的提高，我国大跨度结构的技术水平也得到了长足的进步，正在赶超国际先进水平。改革开放以来，大跨度结构的社会需求和工程应用逐年增加，在各种大型体育场馆、剧院、会议展览中心、机场候机楼、铁路旅客站及各类工业厂房等建筑中得到了广泛的应用。借北京成功举办2008奥运会、申办2022冬奥会等国家重大活动的契机，我国已经或即将建成一大批高标准、高规格的体育场馆、会议展览馆、机场航站楼等社会公共建筑，这给我国大跨度结构的进一步发展带来了良好的契机，同时也对我国大跨度结构技术水平提出了更高的要求。 2 总体模型 总体模型由承台板、支承结构、屋盖三部分组成（图-1）。 图-1 模型三维透视示意简图 2.1 承台板 承台板采用优质竹集成板材，标准尺寸1200mm×800mm，厚度16mm，柱底平面轴网尺寸为900mm×600mm，板面刻设各限定尺寸的界限：
（1）内框线：平面净尺寸界限，850mm×550mm； （2）中框线：柱底平面轴网（屋盖最小边界投影）尺寸，900mm×600mm； （3）外框线：屋盖最大边界投影尺寸，1050mm×750mm。 承台板板面标高定义为±0.00。 图-2 承台板平面尺寸图 2.2 支承结构 仅允许在4个柱位处设柱（图-2中阴影区域），其余位置不得设柱。柱的任何部分（包括柱脚、肋等）必须在平面净尺寸（850mm×550mm）之外，且满足空间检测要求。（即要求柱设置于四角175mm×125mm范围内。）柱顶标高不超过+0.425（允许误差+5mm），柱轴线间范围内+0.300标高以下不能设置支撑，柱脚与承台板的连接采用胶水粘结。 2.3 屋盖结构 屋盖结构的具体形式不限，屋盖结构的总高度不大于125mm（允许误差+5mm），即其最低处标高不得低于0.300m，最高处标高不超过0.425m（允许误差+5mm）。 平面净尺寸范围（850mm×550mm）内屋盖净空不低于300mm，屋盖结构覆盖面积（水平投影面积）不小于900×600mm，也不大于1050×750mm，见图-3。不需制作屋面。 屋盖结构覆盖面积（水平投影面积）不小于900×600mm，也不大于1050×750mm。但不限定屋盖平面尺寸是矩形，也不限定边界是直线。 屋盖结构中心点（轴网900×600mm的中心）为挠度测量点。
纵坡公路桥梁结构设计 一、赛题背景 猴子石大桥，又名长沙湘江三大桥、长沙湘江南大桥是长沙市二环线上 横跨湘江的一座特大桥。初建于1958年，后因历史原因于1960年停建；1996年再建，1997年再次停工；最后，大桥从1998年底开始建造，并于2000年9月建成通车。 猴子石大桥位于南二环与湘江交汇处，湘江河水从南边滔滔而来，又从 这里向北滚滚而去。东头是临江而卧的南郊公园，青山绿水在这里相得益彰，西头是大学城。其南边五公里处是连接南三环线的黑石铺大桥，北边六公里 处是横跨橘子洲的湘江一桥。因桥在老地片名猴子石地域内，猴子石知名度高，故名“猴子石大桥”。又因为大桥属于南二环线，因此也称其为南大桥。 大桥横跨湘江两岸，总跨度达1389米。其所处地点呈明显的“东高西低”之势，即东岸高，西岸低，带有明显的纵坡，大桥的桥柱高度是从桥中 心位置依次朝着两边递减，这样既保证了船只在河流中正常通航又能够缩短 工期节约成本。 猴子石大桥对在长沙的交通地位显著，在所有跨湘江通道中，猴子石大 桥白天12小时交通量分布比重达到28.8%，在长沙34条跨湘江通道中所占 交通比重最大。猴子石大桥建成后，对长沙的交通和经济发展都做出了巨大 贡献 此次比赛我们以湘江上这一著名的桥梁──猴子石大桥作为背景。
二、总体模型 总体模型由给定的承台、桥梁模型和底座木板三部分组成。用于固定山体及桥梁模型的底座木板，其顶面标高为±0.00m；给定的承台有两个，桥梁起始端承台标高为﹢0.24m，末端承台标高为+0.14m，两承台具体尺寸见图2至图5。桥梁模型为斜交纵坡直桥，全长1.4m。桥段结构的所有构件及节点均采用给定材料与 502 胶水手工制作完成。桥段结构桥面板制作时要求满铺，不允许有空隙，桥面上需设置两个减速带，减速带为3D打印构件（加载现场加装于桥面固定位置），具体位置见图1。底座木板主要用来承托给定的山体模型和制作的桥梁模型，模型与底座板用自攻螺钉连接。承台板上划有一条具有一定宽度的河流航道区域（距起点550mm处，河流宽450mm，流向与桥面呈75度角），为便于通航，航道内不允许设置桥墩。 三、两岸承台、桥梁模型及底座木板连接 承台模型与桥梁模型连接采用搭接方式，即在桥梁与各承台连接处设置搭接平台，搭接平台均设置在各承台小车通过平面下10mm处。搭接平台宽25mm，长210mm（如图3、5三维图所示）；承台及各桥段模型通过自攻螺钉（螺钉直径5mm，钉长16mm，重量为1g/颗)与底座木板相连。要求桥墩柱脚处设置带孔连接件，用于螺钉与底座木板锚固，比赛中，每队将配发6颗螺钉，各队可视情况决定使用螺钉数，使用的螺钉重量将计入各队相应模型重量。 图1总模型布置图
长安大学2016年大学生结构设计竞赛赛题 竹质塔结构模型设计、制作与测试 1.竞赛模型 设计能够承受一定的竖向荷载和水平地震作用的竹质塔结构模型，具体结构形式不限，可为四根、六根或八根柱组成的框架式空间结构，也可为其他结构。模型包括小振动台系统、上部塔结构模型和塔顶铁块三个部分，铁块通过热熔胶固定于塔顶，塔结构模型由参赛选手制作，并通过螺栓和竹质底板固定于振动台上，图1给出了一示意性结构图。 图1 模型立面示意图(单位：mm) 2. 模型要求 2.1 几何尺寸要求： (1) 底板：塔结构模型用胶水固定于模型底板上，底板为330mm×330mm×
8mm的木板（如图2所示），底板用螺栓固定于振动台上。 (2) 模型大小：模型总高度应为900mm，允许误差为±3mm。总高度为模型底板顶面至塔顶(模型顶面)上表面的垂直距离，但不包括塔顶铁块的高度。模型顶面为平面，应满足安全放置铁块的要求。模型底面尺寸不得超过220mm×220mm的正方形平面，塔顶不得小于150mm×150mm的正方形平面，即整个模型需放置于该正方形平面范围内，可为等截面结构也可为变截面结构，模型底面外轮廓与底板边缘应有足够的距离以保证螺栓能顺利紧固。模型的主要受力构件应合理布置，整体结构应体现“创新、轻巧、美观、实用”的原则。 图2模型底板示意图(单位：mm) 2.2 模型及附加铁块安装要求： (1)利用热熔胶将附加铁块固定在塔顶上，可在顶层设置固定铁块辅助装置，但辅助装置和铁块不能超出塔顶范围且不能直接跟柱接触。 (2) 提供的铁块为底边150mm高50mm的长方体，重量约为8.83 kg。 3. 加载设备介绍
桥梁结构设计理论方案作品名称蔚然水岸 参赛学院建筑工程学院 参赛队员吕远、李丽平、李怡潇、赵培龙 专业名称土木工程 一、方案构思 1、设计思路 对于这次的设计，我们分别考虑了斜拉桥、拱桥、梁式桥和桁架桥的设计方案。斜拉桥可以看作是小跨径的公路桥，且对刚度有较高的要求，所以斜拉桥对材料的要求比较高，对于用桐木强度比不上其他样式的桥来得结实；拱桥最大主应力沿拱桥曲面而作用，而沿拱桥垂直方向最小主应力为零，可以很好的控制桥梁竖直方向的位移，但锁提供的支座条件较弱，且不提供水平力，显然也不是一个好的选择；梁式桥有较好的承载弯矩的能力，也可以较好的控制使用中的变形，但桥梁的稳定性是个很大的问题，控制不了桥梁的扭转变形，因此，我们也放弃了制作梁式桥的想法；而桁架桥具有比较好的刚度，腹杆即可承拉亦可承压，同时也可以较好的控制位移用料较省，所以，相比之下我们最后选择了桁架桥。 2、制作处理
（1）、截杆 裁杆是模型制作的第一步。经过试验我们发现，截杆时应该根据不同的杆件，采用不同的截断方法。对于质地较硬的杆应该用工具刀不断切磋，如同锯开；而对于较软的杆应该直接用刀刃用力按下，不宜用刀口前后切磋，易造成截面破损。 （2）、端部加工 端部加工是连接的是关键所在。为了能很好地使杆件彼此连接，我们根据不同的连接形式，对连接处进行处理，例如，切出一个斜口，增大连接的接触面积；刻出一个小槽，类似榫卯连接等。 （3）拼接 拼接是本模型制作的最大难点。由于是杆件截面较小，接触面积不够，乳胶干燥较慢等原因，连接是较为困难的。我们采取了很多措施加以控制，如用铁夹子对连接处加强压、用蜡线进行绑扎固定等。对于拱圈的制作，则预先将杆件置于水中浸泡并加上预应力使其不断弯曲，并按照先前划定的拱形不断调整，直至达到理想形状。 在拱脚处处理时，先粘结一个小的木块，让后用铁夹子施加很大的压力，保证连接能足够牢固。 乳胶粘接时要不断用电吹风间断性地吹风，使其尽快形成粘接力，达到强度的70%（基本固定）后即可让其自行风干。 （4）风干 模型制作完成后，再次用吹风机间断性地吹粘接处，基本稳定后，让其自然风干。 （5）修饰
第五届全国大学生结构设计竞赛总结 （技术版） 黄祖慰20080537 5th国赛的作品，是总结了4th国赛的失败教训，以降低模型量为重点的模型设计和制作成果。我们通过不懈努力，终于到达了目标。在这次比赛中，我们研究出了一些先进的模型设计和制作技巧和积累了更多的设计和制作的经验。在此，我将通过模型从无到有的整个过程进行具体的介绍。 一、研读赛题 读懂题目在结构设计竞赛中是一个最基本的要求，要做到对赛题的点点滴滴熟记于心，并且从规则中发掘模型设计的切入点。 要想获得大奖，就要对题目认真分析；努力寻找漏洞显得相当重要，是一条迈向成功的捷径。在本次结构设计竞赛模型中，整体铁块，虚悬挑梁等都是针对题目漏洞而设计的，为模型重量的减轻做出了重要贡献。 二、准备制作工具 所谓公欲善其事必先利其器，要想做好一个模型，一套好的工具是必须的。在制作模型初期，选手可以采用非比赛指定工具来制作模型。虽然赛题中已经明确规定了制作工具，但是由于提供工具的局限性，有些很好的想法不能够在模型上做出来。我的建议是，先使用的工具，把想法尽可能表现出来，等到模型初步定型后，再使用比赛指定工具，寻求达到同样效果的模型的制作
方法。为了提高制作精度，画线笔可采用0.38mm的水笔。 三、研究材料特性 所谓知自知彼方能百战不殆，在制作模型之前，必须先对材料进行分析，了解材料的特性，由此得知材料的实际力学性质和可加工性质。下面我就罗列我对本次比赛的复压竹皮、竹制底板和502胶水的性质研究的一些心得： 1、复压竹皮在顺纹路方向存在连续纤维，利于受拉。但是顺 纹容易被撕裂。 2、规格为0.2mm的竹皮为单层竹皮，应注意竹皮上存在的 竹节的薄弱点，应尽量避开；此种竹皮，一面为光面，一面为 毛面，粘贴时，光面的粘接速度要快于毛面，但是最终粘接紧 密性毛面为优。使用单层竹皮作为拉杆，存在风险，北京交通
全国大学生第四届结构设计大赛赛题 集团文件发布号：（9816-UATWW-MWUB-WUNN-INNUL-DQQTY-
第四届全国大学生结构设计竞赛 赛题 第四届全国大学生结构设计竞赛委员会 2010. 6. 30 赛题名称：体育场悬挑屋盖结构 1、竞赛模型 竞赛模型为体育场看台上部悬挑屋盖结构，采用木质材料制作，具体结构形式不限。模型包括下部看台、过渡钢板和上部挑篷结构三部分。其中前两部分通过螺栓连接，由承办方提供；挑篷结构由参赛选手设计制作，并通过螺栓与过渡钢板连接。图1给出一示意性结构形式。 图1示意性悬挑屋盖结构 2、模型要求 2.1 下部看台及过渡钢板 看台底面尺寸600mm×800mm（800mm为悬挑方向），高340mm，剖面呈梯形，顶部宽150mm（如图2所示）。看台顶部设有过渡钢板，厚10mm，平面尺寸150mm×600mm。板上设有如图2所示的M4螺栓孔，用于固定挑篷结构。 2.2挑篷结构 挑篷结构包括支承骨架和围护材料两部分。支承骨架由木条制成，形式不限。围护材料采用120g布纹纸，由承办方统一提供，各队自行裁剪粘贴。要求
围护材料在外观上必须全部覆盖挑篷上部及背部区域；即从挑篷上方和后方看，围护材料不得出现空隙（见图3）。围护材料可探出支承骨架边缘，但其最大探出长度不得大于20mm。 图2 看台平面图及剖面图 图3 悬挑结构示意 为保证竞赛的公平性、合理性和可操作性，对挑篷几何尺寸做如下限定：1）在距挑篷前缘60mm区域内（图4中的A点附近），必须保证屋面平坦，不得有明显的倾斜和弯曲，以便竞赛过程中的加载与测量； 2）挑篷结构上弦前缘（即图4中的A点）高度不得低于650mm，在挑篷结构的下方（即图4中B点以下以右区域）不得出现任何构件； 3）屋面前缘最低点不得低于后缘的最高点，相当于图4中的A点高度不低于C点。 图4 尺寸限值（图中括号内数字为相对于O点的坐标） 3、加荷方式 采用在悬挑屋盖上加竖向静载和风荷载的方式考核各队模型的刚度和承载力。 3.1 荷载施加 1）在距悬挑屋盖前缘50mm处缓慢施加一重物加载条，测量屋盖前端在重物荷载作用下的竖向位移（见图5），记为d1。重物加载条为钢质，截面 20mm×20mm，长600mm，重约1.88kg，在屋面上沿垂直悬挑方向放置，测量完毕后取下。
第五届大学生结构设计竞赛 桥梁结构设计理论方案\ 作品名称___________________ 平波桥 _______________________ 参赛队员邵明帅、温雯、文月桂、胡红亮 专业名称土木茅以升、车辆詹天佑、土木 茅以升____ 、土木茅以升________ 、土木茅以升______ 指导教师____________________ 张雪珊______________________
大连交通大学结构设计竞赛组委会
二?一三年 总言：桥梁是我们生活中很常见的一种交通方式，许多有河流的地方就有桥梁的身影，从很简陋的独木桥，到如今气势恢宏的跨海大桥，桥梁的建造技术在飞速的发展着，随着材料科学的发展，各种新型的材料也在不断运用到桥梁建造中来，但总体有一个原则“稳定性好，材料 省”。一般现在的桥梁形 式可分为“拱，吊，桁架”三种。 我们的理念：考虑到拱桥较难制作，且较易出现应力集中现象，所以我们选择了桁架和吊桥的结合形式来制作我们的作品，桁架结构具有制作简便，刚 度大，几何特性好，扩大了粱式结构的适用跨度等优点，本次制作的桥梁长度为2010mm,是一种大跨的结构，而吊桥的优点就是受拉好，自重轻，跨径大，在支座承压方面，我们采用了增加横杆的方式，一方面增大了它的承压面积，另一方面使支座受力均匀，在主梁上，我们采用工字梁的方式来增加梁的抗弯能力，在整个梁的受力方面，我们尽量都是让力均匀分布的方式进行。这样可以减少挠度。 我们的特色： 1.梁的横截面： 目的：增大梁的抗弯能力。 效果图| 2.腹梁的承压结构目 的：降低挠度 3?吊桥的受拉结构 目的：适合大跨径受拉结构 作 品 简 介
大连市第十届大学生结构设计竞赛实施方案 一.竞赛题目 承受正负弯矩的梁模型设计、制作和加载 二．竞赛内容 竞赛内容，即竞赛评分范围如下： ①模型设计理论方案 ②现场陈述表现 ③现场加载实验 三．竞赛要求 1.理论方案要求 （1）理论方案应包括：设计说明书、方案图和计算书。设计说明书应包括对方案的构思、造型和结构体系及其他有特色方面的说明；方案图应包括结构整体布置图、主要构件详图和方案效果图；计算书应包括结构选型、计算简图、荷载分析、内力分析、承载能力估算等。 （2）理论方案封面必须注明作品名称、参赛学校、参赛队员姓名和专业、指导老师，并加盖参赛学校教务处公章（详见附件一）；正文按设计说明书、方案图和计算书的顺序编排。除封面外，其余页面均不得出现任何有关参赛学校名称和个人姓名的信息，否则取消参赛资格。 （3）理论方案要求用A4纸打印，一式六份于规定时间内交到竞赛组委会，逾期作自动放弃处理。 2. 设计制作要求 （1）模型制作材料 模型制作材料为组委会统一提供的230克巴西白卡纸、铅发丝线和白胶。不得使用 组委会指定以外的其它任何材料，否则将直接取消其参赛资格。 （2）模型尺寸要求 模型界限为一长方体，分为底座和主结构两部分，主结构由两跨组成，中间跨长为 1200mm，悬臂一端跨长为500mm，其横截面高度不大于200 mm，宽度不大于200 mm(详 见图1)；模型需设置一长度不大于100mm的底座，模型在底座范围内其截面宽度为 200mm，沿截面高度方向需设置夹板固定区，以便于设置夹板固定的区域，并保证有足
够的嵌固强度，每边的嵌固外伸段长度不得大于150mm ，嵌固端面需与嵌固台完整接触。模型的具体限制尺寸如下图所示。 图1 模型轮廓投影限制范围（单位mm ） （3）模型结构要求 a ）模型底座两端沿竖向需设置用于夹板固定的宽平坦区，每边的固定长度不应小于100mm ，且不超过150mm ，模型与嵌固台的接触面应为平面，以确保模型与嵌固台完全接触。详见图2。 b ）模型结构的下表面需设置两个加载作用点A 、B ，加载作用点A 距模型右侧悬臂端的水平距离为100±5mm(严格控制误差不得大于+5mm)；加载作用点B 距模型右侧悬臂端的水平距离为1100±5mm ，且A 、B 点都位于沿梁宽方向的中点处，要求在A 、B 点设置可以施加竖向力的拉线环各1个。另需注意，拉线环的荷载全部由梁传递，不允许任何一部分拉线环的荷载直接传递给模型以外部分。模型各加载作用点的拉线环须满足承载要求，如发生破坏作加载失败处理。且拉线环受力拉直后距加载点的垂直距离为10±5mm 。A 、B 两点均需要用黑色粗线笔标出，赛前需要检验，误差不超过5mm 。 c ）梁模型结构区上表面需保持水平，不得有明显的倾斜和弯曲，便于比赛中量测挠度。模型上表面需设置两个位移量测点1、2，分别对应于作用点A 、B 的正上方，位置要求同加载点，测点1、2均需要用黑色粗线笔标出，也需赛前需要检验，误
附件：2014全国大学生结构设计竞赛赛题 三重檐攒尖顶仿古楼阁模型制作与测试 1、选题背景 中国木结构古建筑在世界建筑之林中独树一帜、风格鲜明，具有极高的历史、文化及艺术价值。其中楼阁式古建筑以其优美的造型和精巧的设计闻名于世，已成为中国古建筑的典型象征。 据历代营造史料记载，楼与阁原有明显区别，但后来因其均为复层建筑，故通称楼阁，其中比较著名的有武汉黄鹤楼、岳阳岳阳楼、南昌滕王阁、烟台蓬莱阁以及西安钟楼等。我国古代楼阁构架形式多样，屋盖造型丰富。在广泛调研及征求意见的基础上，本次竞赛的模型形式确定为三重檐攒尖顶仿古楼阁。该类古建的一个现存实例为明代所建的西安钟楼，如图1所示。基于当前全球已进入巨震期这一工程背景，本次竞赛引入模拟地震作用作为模型的测试条件，这对于众多现存同类古建的抗震修缮与补强具有现实的科学价值和工程意义。 图1 西安·钟楼
2、竞赛模型 竞赛模型采用竹质材料制作，包括一、二、三层构架及一、二层屋檐，其构造示例如图2（a）所示。模型柱脚用热熔胶固定于底板之上，底板用螺栓固定于振动台上。模型制作材料、小振动台系统和模型配重由承办方提供，底板用螺栓固定于振动台上,其加载安装形式见图2（b） 。 （a ）模型构造示例 （b ）加载安装形式 图2 竞赛模型及其加载安装 3、模型要求 3.1 模型构造 3.1.1 总体规定 （1）赛题中所涉及各种尺寸，如无特殊说明，允许误差均为±3mm 。 （2）一至三层楼面标高（由底板上表面量至各楼层梁的上表面最高处）分别为0.24m 、0.42m 、0.60m 。 （3）沿结构的外轮廓不能设置任何蒙皮。 3.1.2竖向构件布置要求： （1）结构竖向构件必须是铅直柱，不允许使用斜向支撑与拉条。 振动台 底板 模型配重
结构设计大赛之桥梁模型设计
结构设计大赛之桥梁模型设计 戴洁 (广东交通职业技术学院，广东广州510650) 摘要：文中从结构设计大赛的模型要求及比赛加载方式分析入手，提出桥梁模型的设计方案构思，选择结 构方案．并进一步对模型进行了强度、刚度和稳定性受力分析。试验证明本次设计制作的桥梁模型非常坚固， 承受极限荷载接近于封顶值50 kg。 1桥梁模型设计 1．1模型要求及加载方式分析 结构设计大赛拟设计桥梁结构模型。桥梁结构模型设计尺寸要求为：桥面总长l 000 mln；桥面高不低于120 toni：桥面总宽160～180rnITl；桥面净空高度不小于200 toni：最大跨径不小于400 mm。尺寸要求体现了桥梁设计的桥下净空和桥面净空等功能要求。比赛加载方式为动静载结合方式，初赛要求徒手将一辆l5 kg的小车从桥头拉至最大跨的跨中位置．并在该位置停留
拉构件，吊(拉)桥面或捆绑节点，增强节点强度。白乳胶主要起粘结作用。 1．3结构选型与方案构思 鉴于比赛的加载重量大。且挠度变形量控制严格，桥型结构不能采用单一的梁桥、拱桥、悬索桥，而必须采用组合体系桥梁。为使桥面平整，便于行车，主体结构采用梁式桥型。为了增强模型的整体抗弯强度和抗弯刚度．布置斜拉杆(索)或垂直吊杆(索)。用卷成圆柱形的纸杆作为刚性斜拉杆或吊杆．节点用棉线捆绑牢固，做成类似斜拉桥的板拉桥刚性拉杆。桥面下可用拱形结构支撑桥面．也可以采用桥墩加斜撑辅助支撑桥面。拱形结构受力合理．但制作困难。下部结构主要采用实心的圆柱形纸杆作桥墩．由于直径有限(直径大时耗材多)，难以保证桥墩的稳定性，而空心纸卷制作起来有困难．也不能提供足够的抗压强度，所以桥墩结构上必须加强各杆件的横向联系．以增强桥梁的整体稳定性。主孔纵向设计为梁式桥结合“A” 型塔斜拉桥。主梁5片，横梁10根，等间距地布置主梁、横梁，形成网格式梁式结构。“A” 型塔斜拉结构设计
、本课题设计（研究）的目的
图一：奉浦大桥
T型刚构虽然有一段时间兴建的很多，但是由于其存在这很多问题，限制了该桥型的发展，以至于现在已经不怎么考虑修建这种桥型！ 图二：乌龙江桥 乌龙江大桥位于福建省福州市乌龙江下游峡口处，是中国较早建成的一座大跨度预应力混凝土T型钢构桥。总长 552m，分跨为58 + 3X144+ 58(m),各刚构间采用3 3m简支挂梁连接。桥宽12m，采用8m宽双箱断面，两侧挑出悬臂板各 1.25 m。T构与桥台间采用6m长搭板连接。中部两个T构采用悬拼，两端 T采用悬臂施工。 2.3 连续刚构随着高速交通的迅速发展，要求行车平顺舒适，多伸缩缝的T形刚构也不能很好 的满足要求，连续梁除了两端外其他无伸缩缝，有利于行车，但需要梁墩临时固结和体系转换，同时需要大吨位的盆式支座，费用高，养护工程量大，于是大跨径连续刚构一连续体系应运而生并且得到了很大的发展。连续刚构桥，是在连续梁和T型刚构 桥的基础上发展起来的，1988年开始从国外引进，1990年建成我国第一座跨径为180m 的广州洛溪大桥。几年来已建成和正建多座，取得了举世瞩目的成就。其结构特点是梁体连续、梁墩固结，既保持了连续梁无伸缩缝、行车平顺的特点，又保持了T形刚 构不设支座、不需转换体系的特点，方便施工，且有很大的顺桥向抗弯刚度和横桥向抗扭刚度，能满足特大跨径桥梁的受力要求。 1跨径可进一步增大，目前，中国修建的连续刚构桥的热潮仍在继续。在伶仃洋通道东
航道桥工程中，提出了跨径是 318m的连续刚构桥方案，可以预测，在不久的将 来，跨径在300m以上的连续刚构桥在中国会很多。 2、上部结构不断轻型化，结构的轻型化，可以减少上下部构造的自重和材料用量，可 以减轻对挂篮的要求，由于采用大吨位锚具、高强度混凝土和轻质混凝土，上部结构不断轻型化，这也是连续刚构桥的发展方向。 3、简化预应力束类型，中国连续刚构桥设计中，已有相当多桥取消弯起束和连续束， 以竖向预应力和纵向预应力来克服主拉应力，极大的方便了施工，受到施工部门的欢迎。 4、取消边跨合拢的落地支架，采用合适的边、中跨比，在导梁上合拢边跨，或预引桥 的悬臂相连接来实现合拢。在高墩的场合下，取消落地支架有一定的经济效益，方便了施工。 5、上部结构连续长度的发展，由于行车速度的提高，人们将行车的舒适提高到了重要 的位置。国外的桥梁设计中极力的增大上部结构的连续长度，因而产生了 “少用或不用伸缩缝是最好的伸缩缝”的观点。 图二：广州珠江桥广州珠江桥全长1021m采用双向八车道，主桥为138+250+138n预应力混凝土连续刚构。该桥在国内已建成的三跨连续刚构桥中跨度位居第二。
结构设计竞赛模型制作的方法与技巧 介绍了结构设计竞赛概况和竞赛用材料与工具。从结构选型、构件设计、模型节点处理三方面，介绍了结构设计竞赛中模型制作的方法与技巧。并针对竞赛中常见问题进行了解析。 标签：结构设计竞赛;结构模型;模型制作;土木工程 1 结构设计竞赛概况 土木工程有着悠久的历史，其专业综合性强，涉及学科面广，基础要求高。学科竞赛是培养专业人才创新能力的重要平台。竞赛旨在培养大学生的学习能力、沟通能力、组织能力、团队协作能力、创新能力和实践能力，提升大学生的综合素质，从而进一步提高本科生培养和教学质量。 目前赛事主要有全国大学生结构设计竞赛及各省市大学生建筑结构设计竞赛。对于培养大学生的创新意识、合作精神，提高大学生的创新设计能力、动手实践能力和综合素质，加强高校间的交流与合作起到重要作用。 结构设计竞赛的内容通常为给定某种材料，要求在规定时间内设计并制作出一个结构，通过加载试验，综合考虑各项因素决出获奖等级。模型材料一般为以竹皮或白卡纸居多，并辅以胶水、线绳等。制作的结构形式有建筑、桥梁等。评分内容一般包含方案设计、理论分析、模型制作、作品介绍与答辩以及模型加载实验等方面。结构加载类比赛，一般在相同加载条件下，结构模型质量轻者获胜或模型加载位移与模型质量综合评判。 2 材料与工具 结构设计竞赛用材料有竹材或白卡纸。本文仅讨论竹材。2018年全国大学生结构设计竞赛竹材规格及用量见表1。竹材参考力学指标见表2。 表2 竹材参考力学指标 制作工具有：502胶水、砂纸、切割刀、直尺、三角尺、量角器、铅笔、橡皮擦、镊子、橡胶手套等。砂纸打磨杆件端部，获得所需要的杆件精确尺寸，打磨杆件节点处接触面以增加接触，打磨时需谨慎打磨，勿露出竹皮丝状物。铅笔、直尺在竹皮上绘制杆件平面设计图。切割刀切割修剪竹皮。为防止胶水粘手，可用镊子夹持细小构件，使用橡胶手套防护双手，也可以用胶布缠绕指尖。 3 模型设计与制作 模型选型原则为“大胆假设，小心求证”。假设时，须防止赛题示意图的模型束缚思路，也不得被常见模型约束，应勇于借鉴创造。求证时，须运用相关力学
桥梁设计中的力学知识与模型制作 1. 桥梁有哪些种类? 基本有如下几种： 2.为什么有这样的设计？ 人和车辆等通过桥梁时，桥面会弯曲，如果桥面弯曲的越厉害就越会发生危险。同样的材料，同样的厚度，桥的跨度越大，越易弯曲。为防止桥面过于弯曲，可采用不同的方法帮助桥面承担重量。 如：梁式桥 梁式桥是一种在竖向荷载作用下无水平反力的结构。由于外力（恒载和活载）的作用方向与承重结构的轴线接近垂直，故与同样跨径的其它结构体系相比，梁内产生的弯矩最大，通常需用抗弯能力强的材料（钢、木、钢筋混凝土等）来建造。 梁式桥还可分为：钢桁梁桥、T型梁桥、悬臂梁桥、连续梁桥和连续钢构桥等。 图一钢桁梁桥
图二连续式梁桥 拱式桥 拱式桥的主要承重结构是拱圈或拱肋。这种结构在竖向荷载作用下，桥墩或桥台将承受水平推力。同时，这种水平推力将显著抵消荷载所引起在拱圈(或拱肋)内的弯矩作用。因此，与同跨径的梁相比，拱的弯矩和变形要小得多。鉴于拱桥的承重结构以受压为主，通常就可用抗压能力强的圬工材料(如砖、石、混凝土)和钢筋混凝土等来建造。 拱桥的跨越能力很大，外形也较美观，在条件许可的情况下，修建拱桥往往是经济合理的。 拱桥种类繁多，常见的有：圬工拱桥、箱型拱桥、双曲拱桥、钢架拱桥、桁架拱桥、肋拱桥、桁式组合拱桥和斜腿钢架拱桥等。根据拱桥的不同承载方式，还可分为：上承式桥梁、下承式桥梁、中承式桥梁。 图六上承式拱桥桥梁 图七下承式拱桥桥梁
图八中承式拱桥桥梁 悬索桥 传统的悬索桥(也称吊桥)均用悬挂在两边塔架上的强大缆索作为主要承重结构。在竖向荷载作用下，通过吊杆使缆索承受很大的拉力，通常就需要在两岸桥台的后方修筑非常巨大的锚碇结构。悬索桥也是具有水平反力(拉力)的结构。现代的悬索桥上，广泛采用高强度的钢丝成股编制的钢缆，以充分发挥其优异的抗拉性能，因此结构自重较轻，就能以较小的建筑高度跨越其它任何桥型无与伦比的特大跨度。悬索桥的另一特点是：成卷的钢缆易于运输，结构的组成构件较轻，便于无支架悬吊拼装。我国在西南山岭地区和在遭受山洪泥石冲击等威胁的山区河流上，以及对于大跨径桥梁，当修建其他桥梁有困难的情况下，往往采用吊桥。悬索桥的样式图见下图所示： 图九单跨式悬索桥 斜拉桥 斜拉桥由斜索、塔柱和主梁所组成。用高强钢材制成的斜索将主粱多点吊起，并将主梁的恒载和车辆荷载传至塔柱，再通过塔柱基础传至地基。这样，跨度软人的主梁就象一根多点弹性支承(吊起)的连续梁一样工作，从而可使主梁尺寸大大减小，结构自重显著减轻，既节省了结构材料，又大幅度地增大桥梁的跨越能力。此外，与悬索桥相比，斜拉桥的结构刚度大，即在荷载作用下的结构变形小得多，且其抵抗风振的能力也比悬索桥好，这也是在斜拉桥可能达到大跨度情况下使悬索桥逊色的重要因素。 斜索在立面上也可布置成不同型式。各种索形在构造上和力学上各有特点，在外形美观上也各具特色。常用的索形布置为竖琴形(图十)和扇形(图十一)两种。另一种是斜索集中锚固在塔顶的辐射形布置(图十二)，因其塔顶锚固结构复杂而较 少采用 。图十竖琴形斜拉桥