西南交通大学第九届结构设计（桥梁）竞赛。
设计方案。作品名称弦月。
学生姓名班级学号。
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目录。设计说明书。
一、 方案构思3
二、 结构选型3
三、 材料试验4
四、 结构设计4
五、 制作工艺6
设计计算书。
一、 计算模型sap2000力学分析7
二、 破坏形式分析10
参考文献11
1 设计说明书。
1．1 方案构思。
随着现桥梁的发展，桥梁的跨度越来越高了，桥梁的挠度要求也越来越高，桥梁在抵抗竖向荷载的同时还要求其结构必须具有一定的抗击偏载、冲击荷载以及动荷载的作用的能力。
桥梁在结构形式上可以变化多端，与周围环境和谐统一，浑然天成，在成就桥梁结构的同时，也成就了艺术，有些还成为了某个城市或地区的标志性建筑。制作桥梁结构的模型，我们不仅想在受力上满足安全要求，也想在美观上达到和“落下与孤鹜齐飞，秋水共长天一色”异曲同工的效果。
桥梁一般是由五大部件和五小部件组成，五大部件是指桥梁承受汽车或其他。
车辆运输荷载的桥跨上部结构与下部结构，是桥梁结构安全的保证。包括(1)桥跨。
结构(或称桥孔结构。上部结构)、(2)支座系统、(3)桥墩、(4)桥台、(5)墩台基础。
五小部件是指直接与桥梁服务功能有关的部件，即桥面构造，包括(1)桥面铺装、
2)防排水系统、(3)栏杆、(4)伸缩缝、(5)灯光照明。
桥梁按结构形式不同，分为梁式桥，拱桥，刚架桥，缆索承重桥(斜拉桥和悬。
索桥)，复合式桥梁。
综上所述，对本次桥梁结构设计，考虑拱结构和索结构的结构受力优越性，同时还要考虑结构自重及结构的美观性。我们决定采用拱结构和索结构相组合的复合式桥梁结构。
1．2 结构选型。
结构选型是实际生活中桥梁的重要部分，不仅要考虑结构受力的合理性，也得考虑到结构的美观及结构对周围环境的影响。
在本次结构设计模型制作当中，结构选型同样是其中的重要一环，选型的过程实质上也是一个模型构造和设计的过程。一要考虑到模型能满足将要承受的基本荷载，保证初级荷载、偏载乃至最大可能出现荷载作用下的抗压、抗拉、抗弯、抗剪和抗扭的强度；二是要考虑模型的造型，尽可能新颖美观，给人视觉上的享受和思维上的无限遐想。
综上所述，我们选择了现在的这个结构。它外观上美丽大方，拱结构和索结构相结合突破了结构形式单一的缺陷，结构受力简单，传力清晰，用材较省。同时在视觉上也给人以美的享受。
1．3 材料试验。
制作模型材料包括：竹签、硫酸纸、铅发丝线（鞋底）和乳白胶1瓶。
材料相关参数如下：
表1－1.竹签弹性模量及泊松比。
表1－2.竹签极限应力。
表1－3.铅发丝线（鞋底）极限拉力。
1．4 结构设计。
1.4.1结构理论设计。
结构整体为复合式结构，也可说是斜拉结构，桥塔有反向拱代替。桥塔：主体为反向拱，拉索连接到反向拱的两角上，反向拱的顶部落到中间的桥墩上，实现桥面的竖向力由拉索传向拱结构再传向桥墩到地面。
反向拱两拱角由拉索连接自锚，再在两片拱之间及拱的两角之间加刚性杆，俯视两片拱的对角点间加拉索，以增加结构横向稳定性，抵抗偏载及冲击荷载，减小结构在偏载及冲击荷载下的变形。反向拱的内侧设置拉索连接如下图：
连接如下图：
拉索的设置：在外力作用下。
如图a、b两处的弯矩最大，这样设置拉索可以防止拱被压屈，减小弯矩的影响。
桥的梁部结构：每跨远离桥塔半跨梁部加强增加刚度，另一半则不加强。以减小结构变形的基础上，减小结构自重。（原理如图 1）
同时这样可以使得刚度较小的结构在冲击荷载和动荷载的作用下，又能发生一定得变形量，以达到消耗部分能量的目的，减小荷载对结构的破坏力。刚柔相济，在减小结构自重的同时，既能控制结构变形，又能提高结构的安全性，容安全、适用、经济、美观为一体。
1.4.2模型设计：
模型跨度为两跨总长度为1200mm单跨为600mm，每跨远离桥塔梁设置为两根竹签上下排列，靠近桥塔设置为一根竹签；桥面宽为120mm，沿纵向每100mm设置一根横梁竹签，承受偏载、冲击荷载和动荷载处设置为两跟横梁上下排列；桥塔反向拱高130mm，拱跨为320mm,拱设置两根竹签左右排列弯制而成。
模型设计图：
图 2 模型设计图图 3 三维效果图。
连接如图：图 4 （桥面的连接图 5 （桥面的连接）
图 6 （拱的连接图 7 （实体图）
1．5 制作工艺。
拱的制作：由于桥梁选的是独塔斜拉，独塔选的是拱形，故需要制作拱。拱是主要的受力构件，故拱的刚度较大，采用两根竹签做成一片拱。拱的弯成后需要用铅发丝线进行和用两根竹签进行加固。
梁的制作：由于规定的桥长为1200mm，单根竹签长度远小于桥长，故要用多根竹签进行连接，达到桥长要求。每片梁选择长400mm的竹签三根进行拼接，每根竹签与每根竹签之间的连接采用在每根竹签的各头选择4cm长度削去一半，然后将两根竹签在削去处连接，对正然后用硫酸纸包紧。
拱与梁的连接：拱制作完成后就要和桥的梁连接起来，拱与桥梁的连接除了用铅发丝线系紧外，在拱与桥梁的连接处还用硫酸纸包裹。
梁与梁的连接：先将两片梁连接，两片梁的连接采用横杆连接，一共有16根横杆，横杆与梁的连接用硫酸纸包裹，形成约40cm长的桥面，其中拱是与中间梁的连接。然后是每40cm长的桥面连接，其梁与梁之间的连接也是用硫酸纸包裹。
由于离支座左右两端20cm长度的梁在受力过程中可看作是一简支梁桥，在这个地方左右以及对称的地方一共又加了四根竹签以保证梁的刚度。
斜拉索与桥梁的连接：这一部分是桥梁制作的重点，斜拉索的强度将直接影响桥梁的受力，斜拉索采用两股铅发丝线。斜拉索的连接逐次从外向里进行连接，以拱圈作为对称，左右两边一起拼接，防止斜拉索在连接过程中导致拱圈或者是梁的破坏。
斜拉索与梁的连接直接用铅发丝线与梁绑接。当斜拉索与桥梁绑接完成后，就需要在桥面上铺一层硫酸纸，这样桥梁的制作就完成了。
2 设计计算书。
2．1 模型计算及sap2000力学分析。
根据材料力学特性的分析和相关杆件的实验数据，利用结构分析软件sap2000建立了计算模型，考虑到靠粘结和绑扎节点无法达到刚性的要求，建模时，节点按铰接考虑。sap2000分析内力图及部分分析数据如下：表2－1.
结构内力最值均布荷载工况（q=0.1333n/mm）
表2－2.偏载工况（q=0.1333n/mm,f=50n）
表2－3.等效冲击荷载工况（q=0.1333n/mm,f=60n(取冲击系数为1.2)）
表2－4.等效动荷载工况（q=0.1333n/mm,f=120n（系数取1.2）)
荷载工况图：
图11 计算简图图11 变形图。
图12 弯矩2-2图13 弯矩3-3
图14 剪力3-3图15 剪力2-2
图16 轴力图图17 扭矩。
2．2荷载估算：
2．3破坏形式分析。
结构构成包括竹签、铅发丝线构成，竹签主要受压、剪力，和弯矩铅发丝线受拉力，由于桥梁用竹签制作可能存在一定的不足，使得几根竹签出现弯折断裂，加载点的竹签可能出现损坏，桥梁制作时，竹签长度误差，出现装配应力，使得部分节点破坏，其次在拉斜拉索时可能是某些接点被拉坏。接点没有完全接到设计点使得结构受力发生一定程度上的改变使得中间梁出现弯折等现象，从而导致整个模型破坏。在冲击荷载作用下，竹签承受的剪力过大，反向拱桥塔出现较大的变形，使拱圈发生破坏从而导致整个桥梁不能在承受力的作用。
由于梁靠近桥墩部分有一根竹签制作而成加之轴向力较大，可能出现此部分梁被压坏。梁变截面的地方出现应力集中，而发生破坏。
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