桥梁模型木桁架设计说明书.docVIP

目录 1. 方案的设计思路 3 1.1 利用木构件受拉还是受压强度 3 1.2 比较卯榫连接与胶连接 4 2. 结构尺寸选择 5 2.1 拟定梁高、节间长度、斜腹杆倾角 5 2.2 最优化设计 6 2.2.1 模型假设与约定 6 2.2.2 符号说明列表 6 2.2.3 模型图例 6 2.2.4 最优计算 6 3. 制造工艺 8 3.1 胶水的薄厚与连接强度的关系 8 3.2 木构件表面的粗糙度与连接强度的关系 9 4. 其他有特色方面的说明 9 4.1 纵向预应力 9 4.2 竖向预应力 10 4.3 含水率的影响 10 5. 参考文献 11 桥梁模型设计说明书 方案的设计思路 由于结构主要承受竖向力，所以结构选型主要在于正面的形状。 平纵联和横联只用于提供侧向支撑，减小主桁长细比，而且形成空间效应，共同作用，提高抗扭刚度，具体计算需要空间有限元计算。 利用木构件受拉还是受压强度 方案一： 斜腹杆受拉： 方案二： 斜腹杆受压： 木材的顺纹抗拉强度，是指木材沿纹理方向承受拉力荷载的最大能力。木材的顺纹抗拉强度较大，各种木材平均约为117.7-147.1MPa，为顺纹抗压强度的2-3倍。（2）由于木材顺纹受压时的纤维失稳屈曲性质，能使局部的应力集中逐渐趋于缓和，所以在受压构件中通常可以不考虑应力集中的不利影响。 （3）木节（如右图）对受拉构件承载能力的影响很大，木节与周围木质之间的联系很差，削弱了截面，并使截面偏心受力。而木节对受压强度的影响也远小于对受拉强度的影响。 综上所述，木构件的受压要比受拉工作可靠的多。 方案三： 考虑弧形桁架 决定利用木构件抗压后，我们看到，可以进一步改进为弧形桁架，其有以下优缺点： 优点： （1）受力更接近弯矩图的形状，受力更为合理，可充分利用材料。 （2）针对本模型来说，如果上弦杆用一整根桐木条制造，则木条上侧受拉，下侧受压，在加荷时，构件上侧受压，下侧受拉相反。也就是说，弧形桐木条能提供一小部分预应力。 缺点： 但其计算复杂，而且拼装工艺也较复杂。 方案四： 交叉式腹杆桁架： 两套腹杆能够承受更大的剪力，但是自重更大。需要计算确定荷重比（ F=Q/W Q 代表模型所承受的静荷载或冲击荷载（ N ）， W代表模型 自重（ N ） 胶连接的优缺点： 优点：高度的刚性；在通常的情况下，当连接的面积相等时具有较高的承载能力 缺点：对不熟练的制造高度敏感；缺乏明显的生产控制；在现场制造受到严格限制；复杂的力学机理；往往是非常脆性的。 综上所述，我组主要采用胶连接，局部使用卯榫连接。 结构尺寸选择 拟定梁高、节间长度、斜腹杆倾角 题目要求桥梁总长在900~100mm，梁高为100~200mm。 首先，让我们来思考梁高越大越好，还是越小越好。 对于平行弦桁梁。主桁高度应先满足使用要求，对本模型，即：题目要求的100mm~200mm。 下面考虑刚度、材料用量与梁高的关系。 在刚度方面，当跨度一定时，桁高越大，挠度就越小，梁端转角也越小，有利于小车的平顺和安全行驶；反之，桁高越小不仅会对行车有影响，节点刚性次应力和活载动力作用也越大。 在材料用量方面，当跨度一定时（900mm），桁高越大，弦杆受力越小，弦杆用材量就少，但腹杆较长，腹杆用材量较大；反之，当桁高减小时，弦杆用木量增加但腹杆用木量增大。查阅资料表明，用量最少的梁高约为其跨度的1/6~2/13。这里我组自己建模，进行了最优化设计。 梁高、节间长度、斜腹杆倾角都会影响斜腹杆长度，因此我组综合考虑进行了建模。 最优化设计 模型假设与约定 （1）在设计时，应考虑受压杆件的长度，因为压杆由稳定控制。但是，考虑稳定进行最优化设计过于麻烦，另外该模型木构件的长细比不是太大。因此，本模型假设不存在稳定问题。 （2）小车的力为两个F/2的轴重，为简化计算，设为一个集中力F。 （3）桁架受轴力，忽略刚性次内力。 （4）按简支梁计算。 （5）不考虑动力效应，即取冲击系数为1.0。 （6）只计算最不利位置。 符号说明列表 符号 说明 L 模型长度 n 节间长度 α 斜腹杆倾角 A下标 下标杆件的截面积 f 木材强度 V 木材体积 h 桁架高度 F 小车重量 模型图例 图例为8个节间的示意图，节间为6或10与其类似。 最优计算 按静定结构简支钢横梁进行受力分析，计算简图如下： 计算结果如下： 考虑到上弦杆要承受同时弯矩、剪力，所以适当提高上弦杆的截面积，使其与下弦杆截面积相同，这样也便于计算。 木构件的截面积和长度列表： 项目 截面积A 长度 体积 上、下弦杆 2L 竖腹杆 （n+1）Ltanα 斜腹杆 总体积： 由此，得到斜腹杆角度为45°。 同时，得到n越小，材料用量越小。 所以，取n=6。 （当n=4时，梁高