结构设计竞赛说明指导书.doc

第一届辽宁省普通高等学校大学生
构造设计竞赛

设计方案

作品名称 蓄势待发（Ready to be launched）
学校名称 辽宁工程技术大学
学生姓名 纪恩宇 学号 030908
学生姓名 金明昌 学号
学生姓名 龚文棋 学号 030913
指引教师 郑大为
联系电话

二OO七年四月二十日

目录

第一篇 设计阐明书
一、设计概要
二、构造材料分析
三、特色阐明
第二篇 方案图
一、整体布置图
二、节点分析图
三、方案效果图
第三篇 计算书
一、桥梁简图
二、构造构成分析
三、构造内力计算分析
四、构造位移计算分析
五、构造影响线计算分析

第一篇 设计阐明书
一、设计概要
这是辽宁省第一届大学生构造设计竞赛，赛事规格和学术水平均较达到一定原则。这次竞赛旨在勉励同窗们充分发挥自己想象力和创造力，多方面培养大学生创新意识、合伙精神，提高大学生创新设计能力、动手实践能力与综合素质，丰富校园学术氛围，增进高校大学生互相交流与学习，培养科学思维办法，严谨工作态度，并且较好将学术性与趣味性融合于一体。
通过参加本次竞赛，咱们收获很大，也许咱们作品并没能作到最佳设计，但咱们的确付出了自己努力。在拟定模型方案过程中，为了使构造在满足承载力规定状况下自重尽量轻，咱们采用了优化技术，充分发挥材料运用率。然后运用构造力学求解器进行受力分析，并根据得到成果对构造破坏形式进行分析，并针对对此采用一定办法，进而使自己方案设计趋于完美。
1、方案构思
本次设计竞赛给了咱们一种拓展自己创新能力空间和平台，在方案构思与模型制作过程中，咱们深深体会到了一种美创造者与追求者收获与自豪。
从美学角度来说，桥梁在满足功能规定前提下，要选用最佳构造型式——纯正、清爽、稳定。质量统一于美，美从属质量。美，重要体当前构造选型和谐与良好比例，并具备秩序感和韵律感，过多重复会导致单调。注重与环境协调，材料选取，表面质感，特别色彩运用起着重要作用。模型检试有助于实感判断，审视阴影效果。美丽桥梁应以其个性对人们产生积极影响。美和伦理本是相通，美环境将直接陶冶人们情操，大自然美，人为环境美，对人们身心健康是必须。
咱们将在今年完毕大学本科学业，走向工作岗位，通过大学四年学习生活，咱们基本达到了本专业本科教学规定，当前就象是一蓄势待发弓箭，满怀信心和抱负，想要在本行业有关领域获得相应成就。这次辽宁省首届构造设计竞赛是一场及时雨，又一次给了咱们施展才华舞台，让咱们可以更好把本科阶段所学专业知识应用于实践。因此本次竞赛咱们作了充分准备工作，准备在竞赛阶段获得好成绩。为了体现咱们当前心情，咱们将此桥命名为“Ready to be launched”。
2、方案布局与功能
张弦梁构造最早是由日本大学M.Saitoh专家提出，是一种区别于老式构造新型杂交构造体系。张弦梁构造是一种由刚性构件上弦、柔性拉索、中间连以撑杆形成混合构造体系，其构造构成是一种新型自平衡体系，是一种大跨度预应力空间构造体系，也是混合构造体系发展中一种比较成功创造。张弦梁构造体系简朴、受力明确、构造形式多样、充分发挥了刚柔两种材料优势，因而具备良好应用前景。
张弦梁构造受力机理为通过在下弦拉索中施加预应力使上弦压弯构件产生反挠度，构造在荷载作用下最后挠度得以减少，而撑杆对上弦压弯构件提供弹性支撑，改进构造受力性能。“Ready to be launched”桥上弦压弯构件采用拱梁，在荷载作用下拱水平推力由下弦抗拉构件------绳来承受，减轻拱对支座产生承担，减少滑动支座水平位移。由此可见，张弦梁构造可充分发挥高强索强抗拉性能改进整体构造受力性能，使压弯构件和抗拉构件取长补短，协同工作，达到自平衡，充分发挥了每种构造材料作用。
二、构造、材料分析
1、构造分析：
张弦梁构造在充分发挥索受拉性能同步，由于具备抗压抗弯能力拱而使体系刚度和稳定性大为加强，并且由于张弦梁构造是一种自平衡体系，使得支撑构造受力大为减少。如果在模型制作过程中采用恰当办法分级施加预拉力和分级加载，将有也许使得张弦梁构造对支撑构造作用力减少到最小限度。
张弦梁构造是当前比较新颖构造形式，构造由刚度较大抗弯构件（又称刚性构件，咱们用是梁）和高强度弦（又称柔性构件，咱们用绳代替索）以及连接两者撑杆构成;通过对柔性构件施加拉力，使互相连接构件成为具备整体刚度构造。
为减少材料用量和加强构造整体性，咱们采用图示梁分布形式：

2、材料分析：
其中上弦杆采用白卡纸卷成空心杆，拉索采用腊绳，中间连接构件也采用白卡纸卷成空心杆。（1）、（2）作为一种整体，采用1094×30mm2白卡纸卷成空心杆；（5）采用两张250×20 mm2白卡纸，卷成空心杆，也在下端挖槽（绳绑扎点）；（3）、（4）是受拉体系，采用腊绳代替，以充分发挥其抗拉性能，和抗弯性能极大上弦杆通过竖杆连结，形成整体刚度较强张弦梁构造。
三、特色阐明
张弦梁构造整体刚度来自抗弯构件截面和与拉索构成几何形体两个方面，是种介于刚性构造和柔性构造之间半刚性构造，这种构造具备如下特性：
（1）承载能力高
张弦梁构造中索内施加预应力可以控制刚性构件弯矩大小和分布。例如，咱们模型刚性构件为梁，在梁跨1/2处设两个撑杆，然后这两个撑杆之间用一根横杆连接，以达到稳定效果，撑杆下端与梁两端均与索连接，在集中荷载作用下，单纯梁内弯矩；在索内施加预应力后，通过支座和撑杆，索力将在梁内引起负弯矩。
（2）使用荷载作用下变形小
张弦梁构造中刚性构件与索形成整体刚度后，这一空间受力构造刚度就远远不不大于单纯刚性构件刚度，在同样使用荷载作用下，张弦梁构造变形比单纯刚性构件小得多，重要由于此构造具备自平衡功能。当刚性构件为拱时，将在支座处产生很大水平推力。索引入可以平衡侧向力，从而减少对下部构造抗侧性能规定，并使支座受力明确，易于设计与制作。
（3）构造稳定性强
张弦梁构造在保证充分发挥索抗拉性能同步，由于引进了具备抗压和抗弯能力刚性构件而使体系刚度和形状稳定性大为增强。同步，若恰当调节索、撑杆和刚性构件相对位置，可保证张弦梁构造整体稳定性。
（4）建筑造型适应性强
张弦梁构造中刚性构件外形可以依照建筑功能和美观规定进行自由选取，而构造受力特性不会受到影响。张弦梁构造建筑造型和构造布置可以完美结合，使之合用于各种功能大跨空间构造。
（5）建筑经济
张弦梁构造布置简朴，只有梁和索两种构件，构造用材少，达到经济效果。　　

第二篇 方案图
一、整体布置图：
二、结点构件详图：
跨中结点：

支座结点绑扎：
下弦跨中结点：

三、 方案效果图：

第三篇 计算书
一、桥梁简图：
1、小车作用在整个构造跨中时：

2、小车作用在第一跨跨中时：

二、构造构成分析：
不必考虑大地及其支座
刚片 1 由如下杆件构成：(1) (2)
由二元体规则,将杆件(3) (4) 加入到刚片 1
刚片 1 由如下杆件构成：(1) (2) (3) (4) (5)
结论:此构造为有多余约束几何不变体系,构造多余约束数:1 ,自由度数:0
三、构造内力计算分析：
1、当小车作用在整个构造跨中时，其构造内力分布如下表：
杆端内力值 ( 乘子 = 1)
杆端 1 杆端 2
单元码 轴力 剪力 弯矩 轴力 剪力 弯矩
1 -2.79658969 -0.63603053 0.00000000 -2.79658969 -1.63603053 -402.608699
2 -2.79658969 1.63603053 -402.608699 -2.79658969 0.63603053 0.00000000
3 3.23998608 0.00000000 -0.00000000 3.23998608 0.00000000 0.00000000
4 3.23998608 0.00000000 0.00000000 3.23998608 0.00000000 0.00000000
5 -3.27206106 -0.00000000 0.00000000 -3.27206106 -0.00000000 -0.00000000
其弯矩图如下：
跨中最大弯矩是M3=－482.61KN·m<MMAX
综上，构造承载力满足规定。
2、当小车作用在第一跨跨中时，其构造内力分布如下表：
杆端内力值 ( 乘子 = 1)
杆端 1 杆端 2
单元码 轴力 剪力 弯矩 轴力 剪力 弯矩
1 -2.27492095 0.16915045 0.00000000 -2.27492095 -1.83084955 -454.474702
2 -2.27492095 0.83084955 -454.474702 -2.27492095 0.83084955 0.00000000
3 2.63560730 0.00000000 0.00000000 2.63560730 0.00000000 -0.00000000
4 2.63560730 0.00000000 -0.00000000 2.63560730 0.00000000 0.00000000
5 -2.66169910 -0.00000000 0.00000000 -2.66169910 -0.00000000 -0.00000000
其弯矩图如下：

跨中最大弯矩是M3=－454.47KN·m<MMAX
综上，构造承载能力满足规定。
四、构造位移计算分析：
1、当小车作用在跨中时，其构造位移如下表：
杆端位移值 ( 乘子 = 1)
杆端 1 杆端 2
单元码 u -水平位移 v -竖直位移 -转角 u -水平位移 v -竖直位移 -转角
1 0.00000000 0.00000000 0.17044039 -0.01369920 52.5868686 -0.00000000
2 -0.01369920 52.5868686 -0.00000000 -0.02739839 0.00000000 -0.17044039
3 -0.01369920 52.6915745 -1.49893936 0.00000000 0.00000000 1.66969205
4 -0.02739839 0.00000000 -1.66969205 -0.01369920 52.6915745 1.49893936
5 -0.01369920 52.5868686 -0.00000000 -0.01369920 52.6915745 -0.00000000
其中位移图：

构造最大竖向位移发生在（3）结点跨中，V=52.69㎜<VMAX
构造最大转角位移发生4结点，φ=1.670，满足规定。
2、当小车作用在第二跨跨中时，其构造位移如下表：
杆端位移值 ( 乘子 = 1)
杆端 1 杆端 2
单元码 u -水平位移 v -竖直位移 -转角 u -水平位移 v -竖直位移 -转角
1 0.00000000 0.00000000 0.12422289 -0.01114378 52.6175610 0.03165926
2 -0.01114378 52.6175610 0.03165926 -0.02228757 0.00000000 -0.18754140
3 -0.01114378 52.7027354 -1.49892212 0.00000000 0.00000000 1.66970928
4 -0.02228757 0.00000000 -1.66970928 -0.01114378 52.7027354 1.49892212
5 -0.01114378 52.6175610 -0.00000000 -0.01114378 52.7027354 -0.00000000
其中位移图：

构造最大竖向位移发生在（3）单元跨中，V=52.69㎜<VMAX
构造最大转角位移发生4结点，φ=1.670，满足规定。
五、构造影响线计算分析：
1、（2）单元距离杆端1 1/10截面影响线图：
2、（2）单元距离杆端1 1/10截面影响线数据：
单位荷载方向 = 向下
影响线性质：
单元 = 2
截面 = 0.1000
内力 = 弯矩(M)
杆端虚位移值 ( 乘子 = 1)
杆端 1 杆端 2
单元码 u -水平位移 v -竖直位移 -转角 u -水平位移 v -竖直位移 -转角
1 0.00000000 0.00000000 -0.22429513 0.02140101 0.25704217 0.45000000
2 0.02140101 0.25704217 0.45000000 0.04280202 0.00000000 0.12429513
3 0.02140101 0.09346958 0.00014436 0.00000000 0.00000000 0.00014436
4 0.04280202 0.00000000 -0.00014436 0.02140101 0.09346958 -0.00014436
5 0.02140101 0.25704217 -0.00000000 0.02140101 0.09346958 -0.00000000
3、（2）单元距离杆端1 9/10截面影响线图：

4、（2）单元距离杆端1 9/10截面影响线数据：
单位荷载方向 = 向下
影响线性质：
单元 = 2
截面 = 0.9000
内力 = 弯矩(M)
杆端虚位移值 ( 乘子 = 1)
杆端 1 杆端 2
单元码 u -水平位移 v -竖直位移 -转角 u -水平位移 v -竖直位移 -转角
1 0.00000000 0.00000000 -0.02492168 0.00237789 0.02856024 0.05000000
2 0.00237789 0.02856024 0.05000000 0.00475578 0.00000000 -0.87507832
3 0.00237789 0.01038551 0.00001604 0.00000000 0.00000000 0.00001604
4 0.00475578 0.00000000 -0.00001604 0.00237789 0.01038551 -0.00001604
5 0.00237789 0.02856024 -0.00000000 0.00237789 0.01038551 -0.00000000