纸质桥梁设计方案和对策.docx

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1、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：二学生：*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100OmnI,制作误差不得超过IOmm总宽度250mm,制作误差不得超过5三,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21CnI高19cm的平板小车Q2、材料要求：AO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

2、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此岸。(3)桥梁在加载的过程中最大挠度超过2.5cm。(4)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点开场。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、模型构造分析(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

3、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，认为与母材强度一样。（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：方案应多项选择择为拉杆，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构造分析的基础上，我们对以下几种设计方案进展了分析。1 .简支梁。简支梁受局部均布荷载。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。如果梁为几片一样形状的纸粘接加厚而成，那么侧面易失稳。因此不便采用。2 .拱形构造。拱桥最适于承

4、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 .桁架构造。由弯矩分布可以看出，采用梯形桁架较接近弯矩分布，是合理构造。由于在要求荷载下，架桥水平方向必有压力，且要承受局部均布荷，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，构造须是对称的。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构造方案。取上、下圆筒轴线距165mm,模型跨度940mm,实际长IoOOmm,宽度25OnIIli,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

5、制，拉杆的抗撕裂能力等因素，杆件尺寸定为内径16mm,外径18rnm,其间还有零杆，起到稳定构造的作用。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IoOOmnI长，20OnIm宽纸条卷成；24根斜杆和14根水平连接杆为250mm长，10OnIm宽纸条卷成；14根竖直压杆为200mm长，10Omnl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，晾干前方才取下。2.结点。由构造力学的知识知这些结点都可按校结点设计，将杆件需要粘接的一

6、端剪成花瓣状（剪切的局部已计入卷纸长），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1000mm250mm的桥面和桥底粘合到桁架构造上。图为制作完成后的桥梁整体构造五、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范围。2、加载按任务书要求，将桥梁模型装于实验台上。以加载实验祛码作为载荷，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时停顿加载。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，当加载重量到达29354g时桥梁挠度到达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。