纸质桥梁设计方案和对策.doc

科技创新活动题 目：纸质桥梁模型制作年级专业： 2011级水利水电工程 班 级： 一班 学 生： * * *（组长） * * * * * * * * * * * * * * * 指导教师： * * * 日 期： 2013年7月11日 城乡建设与工程管理学院11级水利水电工程专业1班科技创新活动任务书——之纸质桥梁模型制作1、桥梁模型要求：（1）桥梁模型总长度1000mm，制作误差不得超过10mm总宽度250mm，制作误差不得超过5mm，可采用多种桥梁型式2）桥面须是水平的3）桥的制造必须保证假设小车的正常通过假设小车的尺寸是长30cm宽21cm高19cm的平板小车。

2、材料要求：A0绘图纸及白乳胶3、加载方法：在桥梁跨中逐渐加载直至模型失效失效标准为：（1）模型无法按照现场条件正确安装就位；（2）因模型的部件障碍或变形过大或模型发生破坏等原因，使得小车不能顺利到达彼岸3）桥梁在加载的过程中最大挠度超过2.5cm4）超出正常允许情形的其它失效情况4、分组要求：全班57人分成10组，其中7组6人，3组5人5、模型加载时间：星期四下午2点开始6、评分标准：本活动以锻炼学生的创新思维及团结协作为目的，评分根据学生的作品及在活动中的参与表现综合评分科技创新活动报告——纸质桥梁模型设计一、模型结构分析(一) 、材料力学性能分析纸作为模型材料，其力学性能特点是受拉性能良好，抗撕裂能力差，抗弯压能力近似为零将纸折成圆筒并用乳胶粘结后，可承受一定的压力，但受长细比的限制，多为压杆失稳状态的受力破坏可承受少许弯矩乳胶的粘接性能：纸带对接时强度降低，纸带侧接时，强度较高，认为与母材强度相同二) 、构件力学性能经过分析，纸卷成圆筒后，承拉能力远大于承压能力在此构件力学性能分析的基础上，我们一致认为：方案应多选择为拉杆，压杆短而受力小，尽量不使其受弯矩二、 设计方案分析在模型结构分析的基础上，我们对以下几种设计方案进行了分析。

1.简支梁简支梁受部分均布荷载由于构件受弯是非常不利的，因此如果选用简支梁的形式，梁纵截面应选用鱼腹梁的形式但制作难度大如果梁为几片相同形状的纸粘接加厚而成，则侧面易失稳因此不便采用2.拱形结构拱桥最适于承受均布荷载，但在制作上较费材料由于拱桥需要由很密的拱作片拼成，中间加肋，因此桥的自重较大，不便采用3.桁架结构由弯矩分布可以看出，采用梯形桁架较接近弯矩分布，是合理结构由于在要求荷载下，架桥水平方向必有压力，且要承受部分均布荷，是处于局部弯压状态要使构件有较良好的压弯性能，必须多用材料，因此考虑通过局部构造措施，将均布荷载转换为两点或多点集中荷载，结构须是对称的三、具体方案通过对多种设计方案的分析和比较，我们决定采用梯形桁架结构方案取上、下圆筒轴线距165mm，模型跨度940mm，实际长1000mm，宽度250mm，中间倒V字型杆约成90°，符合设计要求考虑到压杆长细比限制，拉杆的抗撕裂能力等因素，杆件尺寸定为内径16mm，外径18mm，其间还有零杆，起到稳定结构的作用所有杆件圆筒均用外径16mm的不锈钢圆杆做模具四、实际制作1.杆件的制作以外径16mm的不锈钢圆杆做模具全桥共由56根杆件粘接组合而成。

其中，4根主跨杆为1000mm长，200mm宽纸条卷成；24根斜杆和14根水平连接杆为250mm长，100mm宽纸条卷成；14根竖直压杆为200mm长，100mm宽纸条卷成视实际拼接情况加以切削在粘接杆件时，为了防止乳胶干缩使杆件变形，杆件在模具上粘接，晾干后方才取下2. 结点由结构力学的知识知这些结点都可按铰结点设计，将杆件需要粘接的一端剪成花瓣状（剪切的部分已计入卷纸长），然后与主杆件粘合3.加固和美化待所有杆件全部组装完毕且完全晾干后检查每个结点，加固欲脱落的结点，在每个结点上均匀涂刷一层乳胶将1000mm×250mm的桥面和桥底粘合到桁架结构上图为制作完成后的桥梁整体结构五、桥梁模型加载实验1、加载前称重：全桥共515g；尺寸测量：长1004mm，宽250mm，符合任务书中要求的允许误差X围2、 加载按任务书要求，将桥梁模型装于实验台上以加载实验砝码作为载荷，逐级加载，记录加载重量，观察各杆件破坏情况及桥梁变形挠度，当杆件发生破坏或者挠度大于25mm时停止加载上图为加载实验3、破坏形式分析：由于各杆大致等强度，而结点强度有保证，当加载重量达到29354g时桥梁挠度达到25mm，杆件未发生较大破坏。

上图为加载过后的桥梁模型 六、 活动小结为了更好的完成此次科技创新活动，我们积极搜集整理各种资料，在这其中学到了不少课堂上无法学到的知识，使我们更好的把课堂理论知识运用于实际通过此次活动，锻炼了我们的创新思维，提高了我们动手动脑能力和解决问题的能力，使我们懂得了团队合作的重要性，融洽了生生和师生关系。