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2016西南交通大學(xué)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)大賽（橋梁承重組） 組號(hào)：B10 作品名稱：自錨式多塔張弦桁架梁懸索橋 目錄 1.方案構(gòu)思 2.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 3.特色處理 4.加載模擬 5.計(jì)算模型 設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 1.符合賽題橋型要求、各尺寸要求與對(duì)材料使用限制的要求 2.在滿足安全的條件下盡量少使用材料，以減輕橋梁自重和節(jié)約成本 3.注重結(jié)構(gòu)美觀、簡(jiǎn)潔 方案構(gòu)思 對(duì)于本次結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，我們首先對(duì)賽題進(jìn)行了詳細(xì)分析，考慮到組委會(huì)提供的材料特點(diǎn)以及賽題對(duì)橋型的限制，從安全、耐用、美觀的角度出發(fā)，我們選擇了現(xiàn)在作為我國(guó)大跨徑橋最流行的橋型之一的懸索橋，懸索橋作為一種拉索體系，比梁式橋的跨越能力更大，是大跨度橋梁的最主要橋型。為了明確體現(xiàn)組合形式，改進(jìn)受力和合理性，我們選擇了桁架梁與懸索兩種橋型相結(jié)合。為了進(jìn)一步優(yōu)化受力結(jié)構(gòu)和減輕橋梁質(zhì)量，我們將桁架梁改為張弦體系的魚(yú)腹式桁架梁以此來(lái)減輕橋梁自重和提高承載質(zhì)量，考慮到橋梁的加載重量，我們采用自錨式。 橋梁構(gòu)思的方案選取 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1.按照賽題要求，我們選擇懸索與梁的組合形式 2.為了增加主梁的剛度，一般要設(shè)加勁梁，我們將加勁梁優(yōu)化成桁架梁，并采用魚(yú)腹式梁，充分發(fā)揮材料的作用，在此基礎(chǔ)上，魚(yú)腹式桁架的各個(gè)下弦桿均受拉，我們將魚(yú)腹式桁架的各個(gè)下弦桿換為索，并施以一定大小的預(yù)應(yīng)力 ，形成張弦桁架梁結(jié)構(gòu) ，利用下部拉索的預(yù)應(yīng)力產(chǎn)生的反向彎矩， 抵消上部重荷載產(chǎn)生的彎矩，從而調(diào)整結(jié)構(gòu)內(nèi)力。 3. 為了減小最大彎矩，我們將橋設(shè)為等跨的三跨，橋的全長(zhǎng)為1785mm，橋面寬為240mm，主梁為三根，每根主梁由兩塊長(zhǎng)1785mm，高15mm的PVC條粘貼而成，橫梁采用15根T型梁來(lái)支撐橋面、傳遞荷載以及為此主梁的側(cè)向穩(wěn)定，懸索橋采用多塔形式，在考慮橋梁自重和賽題要求的最大加載量的情況下，我們將左右塔設(shè)置成為獨(dú)塔不連接形式也能滿足加載要求，并在有支座的地方布置。 特色處理 1.橫梁采用T形小橫梁，在保證橋梁剛度的同時(shí)，保證了橋面與梁的接觸面積，使橋面更安全不下陷，并且有效的減輕了橋體的質(zhì)量。 2.節(jié)點(diǎn)采用節(jié)點(diǎn)卡，有效防止桿件脫落，如下圖所示： 3. 加勁梁采用魚(yú)腹桁架梁，并將桁架下弦拉桿改為拉索 ，并施以一定大小的預(yù)應(yīng)力 ，形成張弦桁架梁結(jié)構(gòu) ，利用下部拉索的預(yù)應(yīng)力產(chǎn)生的反向彎矩， 抵消上部重荷載產(chǎn)生的彎矩，從而調(diào)整結(jié)構(gòu)內(nèi)力。使得加勁梁質(zhì)量大大減小，結(jié)構(gòu)受力更為合理。 4.主纜采用橡膠圈連接，為施加震動(dòng)荷載時(shí)提供足夠的緩沖，保證震動(dòng)加載成功。 加載模擬實(shí)驗(yàn) 在做正式參賽作品前，由于三跨完全一樣，我們選取一跨，做了兩次進(jìn)行試驗(yàn)，由于沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)砝碼，我們用石頭代替，經(jīng)測(cè)量石頭總重為14.87kg，超過(guò)了最大荷載，經(jīng)加載試驗(yàn)可以看見(jiàn)在要求加載范圍內(nèi)，模型完全能夠承受住，且撓度也在小范圍內(nèi)。我們根據(jù)加載情況進(jìn)行了尺寸修正，來(lái)確保以最輕的質(zhì)量承載賽題要求的荷載。 模型計(jì)算 橋梁三跨等跨，且結(jié)構(gòu)形式一樣，由于施加震動(dòng)荷載時(shí)，小車停留位置在中跨中間，且兩次加載過(guò)程中小車在此處停留時(shí)間最長(zhǎng)，故只取中跨進(jìn)行研究，以便受力分析和強(qiáng)度計(jì)算。 可以將梁簡(jiǎn)化為理想桁架結(jié)構(gòu)，由桁架結(jié)構(gòu)可知，各桿均只受軸向力，負(fù)值表示壓力，正值表示軸向拉力，由于桁架下弦桿改為連續(xù)繩索結(jié)構(gòu)，故可認(rèn)為其受力大小均相等，且受拉力，各桿件所受內(nèi)力圖如下圖所示： 利用Midas Civil 821 建模分析 對(duì)于靜力荷載，可以直接在每跨跨中施加6kg的等效荷載，即60N的節(jié)點(diǎn)荷載。對(duì)于小車產(chǎn)生的動(dòng)荷載，由于定義較為負(fù)載，為了簡(jiǎn)化計(jì)算，采用靜力荷載工況，計(jì)算小車移動(dòng)中最不利位置附近時(shí)的受力情況。 下圖是在MIDAS中分析出的結(jié)構(gòu)在靜力荷載作用結(jié)構(gòu)的位移等值線圖，從圖中可以清晰地看到最大位移量為2.34mm，發(fā)生在邊跨的跨中位置附近。最大應(yīng)力發(fā)生在邊跨跨中附近的下翼緣，最大值1.7MPa。 下圖是在Midas中分析出的結(jié)構(gòu)在小車荷載處于最不利位置時(shí)的位移等值線圖，從圖中可以清晰地看到最大位移量為5.39mm，發(fā)生在中跨的跨中位置附近。最大應(yīng)力發(fā)生在中跨的跨中附近的下翼緣，最大值2.76MPa。 綜上：利用Midas分析時(shí)，梁上的最大應(yīng)力為2.76MPa，小于PVC的抗拉強(qiáng)度30MPa，最大位移量為5.39mm，小于賽題限制的15mm。 經(jīng)過(guò)手算與Midas模擬得出的結(jié)果均表示橋能加載成功，由于評(píng)分時(shí)質(zhì)量得分占據(jù)的比例比較大，因此我們選擇該種質(zhì)量較輕的設(shè)計(jì)方案。 參考文獻(xiàn) [1]《結(jié)構(gòu)力學(xué)》，杜正國(guó)主編，西南交通大學(xué)出版社 [2]《材料力學(xué)I》第五版，孫訓(xùn)方、方孝淑、關(guān)來(lái)泰主編，高等教育出版社 [3] “張弦梁結(jié)構(gòu)在橋梁工程中的應(yīng)用”，黎明、 楊暉，《工業(yè)建筑》2008年第38卷增刊，401-405 [4] “魚(yú)腹式梁結(jié)構(gòu)在橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用與受力”，金鑫，《路橋工程》2014年8月第4卷第22期 謝 謝 ！��！ ——B10組j6A紅軟基地

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