2桁架桥.docVIP

目录 1、结构选型 3 1.1 设计背景 3 1.2 设计思路 4 2、模型方案及制作 4 2.1 模型方案 4 2.2 构件加工处理及节点图 6 3、结构分析计算 7 3.1.静力分析 7 3.2、 动力分析 9 4、 承载能力估算及结论 11  1、结构选型 1.1 设计背景 桁架桥（truss bridge）是以桁架作为上部结构主要承重构件的桥梁。在桥梁中被广泛应用，如大家熟知的现代诗人徐志摩脍炙人口的，是京九铁路和合九铁路的天堑通途，为双层双线铁路、公路两用桥，铁路桥长7675米，公路桥长4460米，其中江上正桥长1806米是世界最长的铁路、公路两用的钢桁梁大桥 根据设计要求和材料特性，经我们小组讨论分析，按“实用、经济、安全、美观”的桥梁设计原则 图2 双飞桥有限元模型透视图 2、模型方案及制作 2.1 模型方案 本桥跨度为1. 00m，两端支座长度为0.016m，桥高为0.12m，每个节间尺寸取为0.05m，上弦杆采用两根4 mm×6 mm粘结而成，截面尺寸为4mm×6mm×2；下弦杆截面为4 mm×6 mm，中间竖杆截面尺寸为4mm×6 mm；长斜杆尺寸为4 mm×6 mm，腹杆尺寸为2 mm×2 mm。两榀桁架通过横梁（上平面杆截面尺寸为2 mm×4 mm×2，下平面杆截面尺寸为2 mm×4 mm×2）和垂直交叉支撑（杆截面尺寸为2 mm×4 mm）连接成一立体桁架。 模型具体尺寸图见图3。 （a）平面尺寸图 （b）模型前视尺寸图 图3 桥模型具体尺寸图 从结构的外形上看，我们选择三角形作为主体形状，受力合理，加载方便。我们直接使用所给材料粘接，节点处采用三角形或梯形或矩形的节点板用502胶粘住，以保证节点的稳固性。斜梁相交时，两根梁刻槽榫结，用胶水加固，这大大提高了斜梁的稳定性和强度。由于单根木材抗剪承载力不足，而两根粘结在一起时刚度有过大，因此我们采用两根木条并排，中间定距嵌入一定距离的木块，以增加桥梁抗剪能力，并适当减小其刚度。根据midas/civil软件建立的模型分析结果，我们加强顶部和支座强度。 2.2 构件加工处理及节点图 （a）节点咬接图 （b）腹杆连接关系图 （c）节点加固处理图 （d）支座处理图 3、结构分析计算 本桥为上承式桁架桥，全桥荷载主要包括静载和动载两个方面，静载包括桥体自重及砝码自重，动载即3 Kg砝码提升10cm后自由下落产生的冲击力。 3.1.静力分析 （1）桥体自重 经天平称量本桥的质量m= 87.25 g，则桥模型自重W=mg= 0.08725×10=0.8725 N。 （2）模型建立 采用midas/civil分析软件对本桥在自重和10kg的砝码作用下进行静力分析，首先建立有限元模型，由于节点连接处具有一定的刚度，在建立模型时，上下弦杆、腹杆、支撑等均采用空间梁单元，定义材料属性和截面特性，施加支座约束，建立的模型见图6。 图6 结构模型 （3）施加荷载求解 在上弦平面中间两个节点及最近边节点分别施加集中力P1= 25 N，P2=12.5 N，然后进行求解。 图7 施加静力荷载 （4）计算结果 图8 桥在静载作用下的支反力图 经过求解得到跨中节点的最大位移为0.58mm，小于20mm，满足要求。在静载作用下的变形图见图9，轴力图见图10。 图9 桥在静载作用下的竖向变形图 图10 桥在静载作用下的轴力 在100N的静载作用下，其位移变化不大，约为0.58mm。上弦杆各单元区间的轴压力在110N左右波动，最大轴压力为118.62N；斜下弦杆各单元区间的轴拉力在120N左右波动，最大轴力为126.84N。桁架桥在静载作用下，其他单元的内力见附表。 3.2、 动力分析 （1）荷载简化 本次竞赛中使用砝码对结构进行撞击，荷载类型为冲击荷载，可以通过冲量定理获取等效的静力荷载。本次比赛的加载高度为100mm。首先需要得到砝码作用于前撞击板的冲击力，可以根据动量