大连交通大学第三届结构设计大赛理论设计方案 下载本文

b.中间为简支连续梁在均布荷载作用下的弯矩图: 1m=1( 1 )2m=1( 2 )5 -2.08-2.08( 1 )1.042( 2 )1.04-2.085 1 M图 由上述受力分析可知在单位均布荷载作用下,连续梁的跨中最大弯矩较小,仅有1.04NM,但是支座处弯矩交大,为2.08NM;而非连续梁的跨中最大弯矩为较大的3.12NM,但是支座处弯矩为0。综合考虑不同情况下弯矩的影响,我们选择了中间连续梁的形式,因为这样整个梁的弯矩承受较小,只需在支座处稍加强即可,达到节约材料、减轻自重的目的。 C.移动单位荷载作用下距左端1/8处截面弯矩影响线:(左右对称) 1( 1 )2( 2 )5 D.移动单位荷载作用下中间支座处截面弯矩影响线: 1( 1 )2( 2 )5 3.荷载简化 由于计算机模拟分析纸质桥梁模型的局限性,我们对计算模型进行了下列简化和假定: 1. 采用空间梁单元模拟桁架结构; 2. 车轮荷载按横向线集度荷载在两片主桁间进行分配,等效为作用在纵梁上的集中荷载; 3. 不考虑桥面板参与受力; 4. 忽略桥面及桥面系局部加劲构造的作用; 5. 两跨受力模式一样,仅取一跨进行计算分析。 应该承认,上述简化和假定会带来一定的计算误差。考虑到理论分析用于纸质模型的指导性作用,这样的简化和假定是可以接受的。 采用简化计算模型,考虑将小车荷载转化为加载在左右两根纵梁上的移动点荷载来计算,将总重为100N的小车荷载简化为加载在两根纵梁上的竖向点荷载,即左右两个纵梁分别加载40N和10N的力,简化后的等价小车荷载模式如图3所示。 图1 简化后的小车荷载(单位:mm) 4.模型单元编号 桁梁模型单元的编号见图2、图3。鉴于纵梁的重要性,每节间的纵梁划分为3~5个单元;为使计算便捷,将其余杆件均视作一个单元。 图2 纵梁单元编号 图3腹杆单元编号 5.纵梁受力情况及挠度 腹杆单元可近似按轴心受压构件计算,根据Midas软件的桁架单元内力分析结果可知53号腹杆单元为控制单元;纵梁单元同时受轴向应力、弯曲应力和剪应力的作用,根据软件的应力分析结果可知68号梁单元为控制截面;跨中挠度的大小也为本次模型设计成功与否的关键因素。 模型的53号、68号单元内力和跨中挠度计算结果如表4所示: 表4: 单元内力和跨中挠度计算结果 53号腹杆 68号纵梁轴68号纵梁弯中心距 向应力(MPa) 曲应力(MPa) 轴力(N) 200mm 64.4425 3.87 16.1 68号纵梁剪应力(MPa) 2.6 跨中挠度(mm) 11.85 腹杆轴力 ?1?N161.6291??5.90N/mm2?fc?14N/mm2 A10.44 采用第四强度理论计算模型68号纵梁单元的相当应力: ?r1??2?3?2?(3.6?16.7)2?3?2.62?20.8N/mm2?fc?21N/mm2 6. 47号纸带单元截面尺寸的选取 基于浙江大学结构设计大赛的材料试验结果和补充试验数据,并参考有关资料,拟定20mm宽的纸带的性能参数如表5所示。 表5 材料性能参数 名称 白卡纸1 白卡纸2 白卡纸3 白卡纸4 层数 1 2 3 4 面积 0.3×20=6mm2 0.6×20=12mm2 0.9×20=18mm2 1.2×20=24mm2 弹性模量 1130 1145 1600 1960 极限拉压应力(N/mm2) 22.2/7.0 44.0/14.0 66.0/21.0 88.0/28.0