桥梁结构设计理论方案
作品名称途锐
参赛学校大连交通大学
参赛队员周权峰袁彬、魏剑锋
赵桐玉、杨馨胜专业名称土木工程
指导教师张涛
大连交通大学结构设计竞赛组委会
二○一一年
作品简介
考虑到本次竞赛题目要求为两跨双车道桥梁，在移动荷载以及均布静荷载作用下的加载，根据所学专业理论知识，认识到主要应该解决的是桥梁跨中的抗弯问题以及细节的抗扭问题、主梁的局部稳定性和支座处的抗剪能力。
从全国各高校的比赛情况来看，大多数模型均采用空腹式梁—桁架组合结构。这种桥型不仅制作简单、计算方便、理论与实际吻合情况较好，而且可以通过变桁高来实现竖向抗弯刚度沿桥长方向的变化，从而最大程度减轻结构自重。
在主梁类型的选择上我们曾考虑两种截面形式——工字形截面和空心圆形截面。在截面面积及杆件厚度相等的情况下（即控制“自重影响”这一变量），容易验证工字形截面比空心圆截面惯性矩大40%以上。此外，前者节点处理较圆形截面简单，故最终可选用工字形截面。
注：作品简介应包括对方案的构思、造型和结构体系及其他有特色方面的说明（可加页）。
结构承重验算1.材料的强度特性
我们查阅了浙江大学土木系对结构设计大赛材料的性能试验数据，如下：
1
5
2
( 1 )( 2 )0.00 3.12
0.003.12
2.结构整体受力分析
我们对支座实际的约束情况加以分析，得到进行结构力学理论计算的杆件约束体系如下：
考虑到此次大赛规则有变，加载了均布的静荷载。联系所学桥梁知识对主梁的连续及非连续不同情况做了对比，（单位均布力）
a. 中间为简支非连续梁在均布荷载下的弯矩图：
1.00
1.001
5
2
( 1 )
( 2 )5.00
5.00
M 图
1
5
2
( 1 )( 2 )-2.08
1.04
-2.08
-2.081.04
b.中间为简支连续梁在均布荷载作用下的弯矩图:
1
5
2
( 1 )
( 2 )
m =1m =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 )( 2 )
2
15
D.移动单位荷载作用下中间支座处截面弯矩影响线：
( 1 )( 2 )
2
15
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
中心距
53号腹杆 轴力(N)
68号纵梁轴向应力(MPa) 68号纵梁弯
曲应力(MPa) 68号纵梁剪
应力(MPa)
跨中挠度（mm ） 200mm
64.4425
3.87 16.1 2.6 11.85
腹杆轴力 221161.6291 5.90/14/10.44
c N N mm f N mm A σ=
==<= 采用第四强度理论计算模型68号纵梁单元的相当应力：
22222213(3.616.7)3 2.620.8/21/r c N mm f N mm σστ=+=++?=<=
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 层数 面积 弹性模量
极限拉压应力（N/mm 2）
白卡纸1 1 0.3×20=6mm 2 1130 22.2/7.0 白卡纸2 2 0.6×20=12mm 2 1145 44.0/14.0 白卡纸3 3 0.9×20=18mm 2 1600 66.0/21.0 白卡纸4
4
1.2×20=24mm 2
1960
88.0/28.0
桥梁模型结构的各杆件单元采用不同层数的白卡纸制成，软件分析计算中采用表6中所列参数。 表 6 单元几何参数表（单位：mm ）
项目 材料 截面形状 宽 高
厚
纵梁 白卡纸3 工字 20 20 0.9 横梁 白卡纸2 矩形 10 20 0.3 腹杆 白卡纸1 矩形 15 20 0.6 下弦横联 白卡纸1 纸带
边长为20 0.3 纸带 一层纸带 白卡纸4 纸带
20 0.3 二层纸带 白卡纸4 纸带
20 0.6
47号纸带单元为桁架单元，主要承受拉力，由Midas 分析结果得其轴力为126.87N 。 1) 选取一层白卡纸： 22126.8752.86/[]22.2/2.4
F N mm N mm A σσ=
==>=，不满足要求； 2) 选取二层白卡纸：
22126.8726.43/[]44/4.8
F N mm N mm A σσ=
==<=，满足要求； 综上可知，两层8mm 的白卡纸可以满足要求，但处于结构的构造要求和47号纸带单元对结
构的重要性，最终我们选定47号纸带单元采用三层8mm 的纸带。
注：结构承重验算应包括结构选型、计算简图、荷载分析、内力分析、承载能力估算等（可加页）。
作品简图
我们最终采用的方案结构体系为两跨简支鱼腹式桁梁桥，为无竖杆的三角形桁架，模型按1015mm＋1015mm等跨布置，全长2030mm，宽200mm。两纵梁中心距为170mm，桥面板自纵梁外缘向外各悬挑10mm，实际通车桥面宽200mm。纵梁采用工字截面，梁高20mm,箱宽20mm；横梁采用单箱截面，不等间距布置，梁高20mm，宽10mm；腹杆为不等节间布置，截面采用15mm×20mm矩形空心管；下弦杆采用纸带，尺寸高1.2mm，宽20mm；下弦跨中横联采用纸带，边长为20mm；桥面采用经厚薄处理的整块纸张连续铺设。图1～2分别为最终设计的立面、平面示意图。
图1 立面布置示意（不包括桥面和局部加劲构造单位：mm）
图2 平面布置示意（不包括桥面和局部加劲构造单位：mm）
注：作品简图应包括结构整体布置图、主要构件详图和方案效果图（可加页）。
桥梁结构设计理论方案 桥梁结构设计理论方案作品名称方舟桥参赛学校黑龙江八一农垦大学参赛队员专业名称土木工程、土木工程、土木工程土木工程、指导教师黑龙江省大学生结构设计竞赛组委会二○一一年目录模型方案说明11、材料12、设计思路13、外形选择24、比赛设计要求2结构设计说明21、参考资料22、材料力学性能估计33、结构选型34、截面选用45、荷载分析56、内力分析及计算简图67、试验研究98、承载能力估算99、破坏分析10模型方案说明1、材料桐木、502胶水，实际制作过程中常需在木材上涂胶，所用材料实际是木胶复合材料，其受拉时呈现线弹性和脆性，木材顺纹受拉弹性模量为，木材顺纹抗拉强度设计值为； 2、设计思路众所周知，材料在受拉力的情况下能够最充分的发挥强度，因此在结构的设计中尽可能多的利用木材的抗拉性能，充分发挥502胶水较强的抗剪能力，以及截面较为开展的木材较好的抗压能力，应用桁架结构设计一座质量尽可能小但承载能力尽可能大的木桥。因此，采用由规则矩形拼成的工字型木杆作为支撑桥面板的主梁，利用4*6的矩形木杆作为腹杆，其中竖杆主要受压； 应用粘合后的薄木片作为鱼腹式下弦的受拉构件。上下桥面采用梯形连接，减少材料用量。 3、外形选择模型跨度：1200mm模型长度：1300mm模型宽度：180mm模型高度：180mm结构形式：梁—桁架组合结构模型重量：130.77g 4、比赛设计要求几何尺寸要求(1)模型长度：模型有效长度（即悬空部分，也就是两侧可升降平台端部距离）为1200mm，两端提供竖向和侧向支撑。对于竖向支撑，每边支撑长度为0-70mm（起侧向支撑作用的侧向支撑挡板可左右活动，距离升降平台边缘距离范围为50-70mm，即距离升降平台边缘最远为70mm，最近为50mm，当模型端部支撑长度不足50mm时，则不能提供侧向支撑，仅能提供竖向支撑），如下图2所示。 (2)模型宽度：在模型有效长度范围内（中央悬空部分），模型宽度应不小于180mm，最宽不应超过300mm； 在支座范围内，宽度不限，但不应超过320mm。 (3)模型高度：模型上下表面距离最大位置的高度不应超过400mm； 为方便小车行驶，中央起拱高度不应超过40mm（中央起拱高度指未加载时，对于放置好的模型，端部构件上表面与模型中央起拱最高处构件上表面的距离）； 端部支座位置处的高度不应超过150mm。 2.2结构形式要求对于结构形式没有特定要求，桥面设置两个车道，每个车道宽不得小于90mm，因两车道之间设有行车导索，所以车道之间不能有立柱、拉索一类的构件。 结构可以仅采用竖向支撑的方式，也可以采用竖向和侧向同时支撑的方式来实现约束，如果模型制作失误，不能够完成约束和加载，后果由参赛队伍自行承担。 结构设计说明1、参考资料《结构设计大赛细则》《木结构设计规范》《桥梁工程》2、材料力学性能估计桐木作为模型材料，其力学性能特点是受拉性能良好，抗撕裂能力差，抗弯压能力较弱，将木材粘合成横截面较大的材料后，可承受一定的弯矩，但受长细比的限制，多为压杆失稳状态的受力破坏。 502胶的粘接性能：木材粘接时原来的性质会发生改变，木材变得脆而且易
趣味筷子结构设计竞赛计划书 一、组织机构： 主办：哈尔滨学院理工学院 赞助：我爱竞赛网 二、活动对象： 全体在校学生 三、参赛形式： 每支参赛队队员不超过三人，其中设队长一名。 四、设计制作内容： 1、设计目的和制作总体构思 参赛队利用组委会统一提供的每组若干数量筷子（含缺损）和线绳，制作能承受静载的结构，结构形式不限（要求贴近实际工程，单根构件不可参赛），结构以承重能力为主要评分标准。 2、加载形式 结构采用材料力学多功能试验台加载，加载直至破坏，以破坏时的极限荷载计为最终成绩。 3、评分标准 大赛鼓励对结构设计自选形式，建议各参赛队充分利用网络资源、图书资源，去检索相关资料，请教有关老师，最终按设计方案搭建所设计的结构。选手还需要准备1—2分钟的关于自己作品的力学原理、结构创意的解说。 最后成绩=结构承受极限荷载（80℅）+结构形式（20℅）
4、注意事项 （1）比赛必须使用统一发放的材料，不得增加、不得对材料进行再次加工或使用其它同类材料替代。 （2）结构顶面需提供一个可用来加载的平面，加载平面尺寸不大于150mm*190mm，材料为钢板，由大赛提供，无需自备。 （3）结构高度要求不大于290mm。 （4）比赛第一阶段为初赛，承重低于20公斤的参赛队直接淘汰，不记成绩。 （5）比赛第二阶段为决赛，由大赛组委会统一加载。 五、活动时间安排： 1、报名阶段（4月11日至4月14日）：填写参赛表报名。 2、结构现场制作（4月24日上午）：利用半天时间现场制作，地点2602。 3、决赛（4月24日下午）：决赛将于二号教学楼一楼大厅举行，届时将邀请校内专家进行点评、打分，举行现场颁奖仪式。 六、奖项设置： 大赛将按照决赛得分，评出一等奖五名（创新学分2分），二等奖十名（创新学分1.5分），三等奖二十名（创新学分1分），现场举行颁奖仪式。
设计方案 1．命题背景 吊脚楼是我国传统山地民居中的典型形式。这种建筑依山就势，因地制宜，在今天仍然具有极强的适应性和顽强的生命力。这些建筑既是我中华民族久远历史文化传承的象征，也是我们的先辈们巧夺天工的聪明智慧和经验技能的充分体现。 重庆地区位于三峡库区，旧式民居中吊脚楼建筑比比皆是。近年来的工程实践和科学研究表明，这类建筑易于遭受到地震、大雨诱发泥石流、滑坡等地质灾害而发生破坏。自然灾害是这种建筑的天敌。 相对于地震、火灾等灾害而言，重庆地区由于地形地貌特征的影响，出现泥石流、滑坡等地质灾害的频率更大。因此，如何提高吊脚楼建筑抵抗这些地质灾害的能力，是工程师们应该想方设法去解决的问题。本次结构设计竞赛以吊脚楼建筑抵抗泥石流、滑坡等地质灾害为题目，具有重要的现实意义和工程针对性。 2．赛题概述 本次竞赛的题目考虑到可操作性，以质量球模拟泥石流或山体滑坡，撞击一个四层的吊脚楼框架结构模型的一层楼面，如图2.1所示。四层吊脚楼框架结构模型由参赛各队在规定的时间内现场完成。模型各层楼面系统承受的竖向荷载由附加配重钢板实现。主办方提供器材将模型与加载装置连接固定（加载台座倾角均为o 30θ=），并提供统一的测量工具对模型的性能进行测试。
方案： 楼总高1000mm,宽200mm，长200mm，总占地面积40000平方毫米，该结构设计的是梁架结构，运用三角形支撑，十字梁做承受荷载的棚顶和楼地面，撞击点采用*形抗撞结构，并应用工字型制作支柱，这样既轻便又抗撞击，增加了美观性。 因为重庆地区位于三峡库区，旧式民居中吊脚楼建筑比比皆是。这类建筑易于遭受到地震、大雨诱发泥石流、滑坡等地质灾害而发生破坏。考虑到这些我们所设计的吊脚楼，必须有抗震，抗大雨诱发的泥石流，滑坡等地质灾害，怎样才能用最节省的材料设计出最结实的吊脚楼呢？我们首先想到的是吊脚楼作为居住的场所，必须能承受住压力，所以设计的时候特别采用三角形支撑结构支撑上楼面，并且再设计过程中增加了三角形制成的稳定性，在楼的支撑的下面增加了竖向支撑，并且更加稳定了柱的抗压能力，一举两得。上面的三层楼面全部设计的这种结构在这种既轻便又有承受住荷载强度的支撑一直通过了我们的方案。每层楼高200mm，按比例换算人正好能舒适的在里面生活，从而增加了实用性。
大连市第十届大学生结构设计竞赛实施方案 一.竞赛题目 承受正负弯矩的梁模型设计、制作和加载 二．竞赛内容 竞赛内容，即竞赛评分范围如下： ①模型设计理论方案 ②现场陈述表现 ③现场加载实验 三．竞赛要求 1.理论方案要求 （1）理论方案应包括：设计说明书、方案图和计算书。设计说明书应包括对方案的构思、造型和结构体系及其他有特色方面的说明；方案图应包括结构整体布置图、主要构件详图和方案效果图；计算书应包括结构选型、计算简图、荷载分析、内力分析、承载能力估算等。 （2）理论方案封面必须注明作品名称、参赛学校、参赛队员姓名和专业、指导老师，并加盖参赛学校教务处公章（详见附件一）；正文按设计说明书、方案图和计算书的顺序编排。除封面外，其余页面均不得出现任何有关参赛学校名称和个人姓名的信息，否则取消参赛资格。 （3）理论方案要求用A4纸打印，一式六份于规定时间内交到竞赛组委会，逾期作自动放弃处理。 2. 设计制作要求 （1）模型制作材料 模型制作材料为组委会统一提供的230克巴西白卡纸、铅发丝线和白胶。不得使用 组委会指定以外的其它任何材料，否则将直接取消其参赛资格。 （2）模型尺寸要求 模型界限为一长方体，分为底座和主结构两部分，主结构由两跨组成，中间跨长为 1200mm，悬臂一端跨长为500mm，其横截面高度不大于200 mm，宽度不大于200 mm(详 见图1)；模型需设置一长度不大于100mm的底座，模型在底座范围内其截面宽度为 200mm，沿截面高度方向需设置夹板固定区，以便于设置夹板固定的区域，并保证有足
够的嵌固强度，每边的嵌固外伸段长度不得大于150mm ，嵌固端面需与嵌固台完整接触。模型的具体限制尺寸如下图所示。 图1 模型轮廓投影限制范围（单位mm ） （3）模型结构要求 a ）模型底座两端沿竖向需设置用于夹板固定的宽平坦区，每边的固定长度不应小于100mm ，且不超过150mm ，模型与嵌固台的接触面应为平面，以确保模型与嵌固台完全接触。详见图2。 b ）模型结构的下表面需设置两个加载作用点A 、B ，加载作用点A 距模型右侧悬臂端的水平距离为100±5mm(严格控制误差不得大于+5mm)；加载作用点B 距模型右侧悬臂端的水平距离为1100±5mm ，且A 、B 点都位于沿梁宽方向的中点处，要求在A 、B 点设置可以施加竖向力的拉线环各1个。另需注意，拉线环的荷载全部由梁传递，不允许任何一部分拉线环的荷载直接传递给模型以外部分。模型各加载作用点的拉线环须满足承载要求，如发生破坏作加载失败处理。且拉线环受力拉直后距加载点的垂直距离为10±5mm 。A 、B 两点均需要用黑色粗线笔标出，赛前需要检验，误差不超过5mm 。 c ）梁模型结构区上表面需保持水平，不得有明显的倾斜和弯曲，便于比赛中量测挠度。模型上表面需设置两个位移量测点1、2，分别对应于作用点A 、B 的正上方，位置要求同加载点，测点1、2均需要用黑色粗线笔标出，也需赛前需要检验，误
目录 设计说明书 1、方案构思 (2) 2、结构选型 (2) 3、材料性能 (2) 4、特色处理 (4) 5、结构分析图 (4)
1、方案构思 仔细阅读完竞赛赛题，我们从模型设计的要求、模型制作材料的 性能、加载形式和制作方便程度等方面出发，进行构思设计。 确定设计竖向荷载80kg，考虑到压杆长细比限制、拉杆的抗撕裂能力、竹皮纸的受拉性能、制作模具等因素，竖向荷载较容易满足，但对于水平冲击荷载和扭转变形，杆件需要较大的刚度，要有很好的抗折、抗扭效果。 （1）本结构主要构思是想利用两根直柱和四根斜柱的轴力来直接抵抗荷载的作用。 （2）设计的总原则是：尽可能的利用直杆来提高结构的承载力，并利用木材的抗拉性能，及抗压性能来抵抗荷载的作用。 2、结构选型 按设计要求，在加载参赛人员的情况下主要考虑竖向荷载，由于人员会产生抖动，还必须考虑水平动荷载的作用；因此，我们选择了正面为梯形侧面为的刚架结构，并且在所有节点处采用刚性连接，使结构具有较好的整体性，以便承受较大的竖向荷载和水平冲击荷载作用。 同时考虑到在初赛中结构的不稳定性，对此我们将在冲击面的两根主柱两侧加呈三角形的加筋肋支撑，一方面可以加强结构两侧的稳定性，一方面可以抵抗一部分水平冲击荷载带来的影响。 再者对于初赛中出现最多的问题，加载时，受拉杆件挠度过大，且节点破坏较严重，我们在新的结构里加强了杆件的强度和节点的刚性处理。
3、材料性能 竹皮纸作为模型材料，其力学性能特点是受拉性能良好，抗撕裂能力较差，抗压稳定性差。将纸裁剪成矩形并用502胶水粘结后，可承受一定的压力，但受长细比的限制，多为压杆失稳状态的受力破坏，可承受一定弯矩。 502胶水的粘接性能：通过对用胶水对接的杆件进行拉伸，可知：502胶水强度较高，凝结时间为4h的试件在接触面被划开破坏，而8h 和12h试件都为接触面处木条表层脱落破坏，因此可确定此胶水强度很高并且在一定力值范围内变形小足以用于粘结料。 竹材材料规格及数量 竹材力学性能参考值：弹性模量1.0×104MPa，抗拉强度60MPa。 （1）502胶水，用于模型结构构件之间的连接。 （2）制作工具：美工刀，钢尺，三角板，砂纸，锉刀。 分析结果：
结构设计大赛策划书 结构设计大赛策划书（一） 一、竞赛目的 结构设计大赛旨在多方面培养大学生的创新思维和实际动手能力，培养团队精神，增强大学生的工程结构设计与实践能力，丰富校园学术氛围，促进交流与学习。 二、竞赛题目 专业组:输电塔结构模型设计与制作。 趣味组：稳立鸡蛋三．材料材料为203g白卡纸、腊线、白胶，固定模型的底板为木工板。(均由大赛组委会统一发放) 四、竞赛安排 1、参赛对象和形式 参赛对象：山东建筑大学全日制在校本科生、研究生。 参赛形式：规定以小组形式参赛，每组应由2-5人组成。 2、时间安排 (4)、本次结构设计大赛的加载及决赛答辩将同时举行,具体时间、地点以及其他详情大赛组委会将以海报形式予以通知,请随时关注、 3、参赛队培训 竞赛组委会在报名截止后将举办有关建筑结构方面的讲座，对本次竞赛题目答疑，对以往竞赛进行讲评，并邀请有关老师对本次结构设计竞赛进行指导，还将特邀以往竞赛成绩优秀者与参赛选手交流。相关安排将以海报形式通知，敬请关
注。 五、竞赛要求 1、参赛要求 (1)结构设计竞赛内容应包括理论设计方案和结构模型两部分。 (2)每个参赛队只能提交一份作品，并命名。 (3)参赛学生只允许参加一个参赛队，各队应独立设计、制作。竞赛期间，指导教师不得直接参与参赛作品的理论方案设计计算及模型制作。比赛时，任何人不得为参赛队提供帮助和指导。一经查实，将取消参赛资格。 (4)各参赛队必须在规定时间和地点参加竞赛活动，缺席者作自动放弃处理。竞赛期间不得任意换人，若有参赛队员因特殊原因退出，则缺人竞赛。 2、理论方案要求 (1)结构设计理论方案内容包括：方案图和计算书。方案图包括若干结构图及主要构件、结点详图；计算书包括荷载分析、内力分析、结构选型、计算简图、承载能力估算等。 (2)理论方案格式和要求：封面（见附件），第一页为300字左右的摘要，其后为方案图和计算书。 3、模型制作要求 (1)模型制作材料由竞赛组委会统一提供。各参赛队在规定时间内完成模型制作，最终模型需与提交的结构设计方案相一致。 (2)模型制作材料为203g白卡纸、腊线、白胶，固定模型的底板为木工板。材料统一由组委会提供和购买，不得使用非组委会提供的其它任何材料。否则，一经查实，取消其参赛资格，并予以通报。
第八届结构设计大赛 作品说明书 作品名：高层建筑——“水韵帆影” 作者姓名: 赵薪顺、王勇权 赵建波、王蔺
摘要： 此次设计的灵感来源于迪拜著名建筑——帆船酒店。整个建筑造型类似于高悬于出海搏浪的远航船上一张迎风之帆。整个造型给人一种积极向上、奋发图强的视觉冲击力。此作品多采用纯白色为主题基调，辅助地选用天蓝色和绿色，给人一种活力和神秘感。作品大体分为两部分：一是位于底部的船体基座，主要用于承受上部荷载和起着整体协调、平衡的作用。二是上面主体部分——帆体。利用两根弧形弯柱和一根竖直柱起着主要支撑作用。帆体内利用白卡纸进行分层和户型设计。 制作动机:为了响应本学科的实践要求，提高自身动脑和动手能力，也为了体验团队合作的工作态度和工作方法。
制作目的：验证高层建筑承重原理和效果，也为了验证高层建筑中荷载的传递规律。培养动手能力和团队协作能力。 制作素材：统一发放的230克白卡纸、90克透明纸、乳胶和蜡线，刀、剪、尺等。 过程和方法：整个作品的制作周期共耗时约72小时。从大体上说可以将整个周期分为三个阶段 阶段一：作品基座的设计与制作。考虑到本作品属于高层建筑，故对于基座的要求较高，以便于进行整体承重和对于上部主体结构的支撑。基座长约30cm，宽约14cm，高约5cm.整体造型为长方体。利用规定的白卡纸和乳胶粘合而成。为了加强基座的稳定性和承重能力，基座四周的围护结
构多采用3-4层白卡纸叠合。基座上预留上部主体结构的柱洞。用于下一步两部分的链接。 阶段二：主体部分——帆部的设计与制作。作品的主要承重构件是三根大柱，其中两根为弧形。柱的制作过程较为复杂。制作过程中利用白卡纸做成圆筒状。这主要是基于方形柱制作复杂且在作品中承重有限，故选用圆筒状。在圈柱过程中辅以乳胶进行粘合，而且乳胶在固化后能够增加整体的承重效果。而后进行柱的安装。将弧形柱和直柱在竖直方向上构成三角形进行稳定。设计、制作楼板和房屋布局和开间，这主要是先在外部制作完成后在安装上去。房屋布局多选用小型户配观景阳台的形式，灵活多变。为了增加稳定性和上层建筑荷载的传递，两楼板间设置构造柱。是整体在竖直方向上受力大大增加。 阶段三：外部装饰。选用不同颜色卡纸进行整体装饰，为贴合主题——水韵帆影，多采用白色和黄色，整体效果浑然一体。轻盈稳固，具有一定的观赏价值。 结果：此次参加该项目的比赛，旨在锻炼大家的动手能力、设计能力和团队合作能力。感受在制作过程中小组成员的相互信任、相互协作的工作态度和方法。对于以后
结构设计大赛之桥梁模型设计 戴洁 (广东交通职业技术学院，广东广州510650) 摘要：文中从结构设计大赛的模型要求及比赛加载方式分析入手，提出桥梁模型的设计方案构思，选择结 构方案．并进一步对模型进行了强度、刚度和稳定性受力分析。试验证明本次设计制作的桥梁模型非常坚固， 承受极限荷载接近于封顶值50 kg。 1桥梁模型设计 1．1模型要求及加载方式分析 结构设计大赛拟设计桥梁结构模型。桥梁结构模型设计尺寸要求为：桥面总长l 000 mln；桥面高不低于120 toni：桥面总宽160～180rnITl；桥面净空高度不小于200 toni：最大跨径不小于400 mm。尺寸要求体现了桥梁设计的桥下净空和桥面净空等功能要求。比赛加载方式为动静载结合方式，初赛要求徒手将一辆l5 kg的小车从桥头拉至最大跨的跨中位置．并在该位置停留不少于5 S 然后拉到桥部。模型不至于失效方可进入决赛。决赛采用跨中集中力加载方式，初始荷载为20 ，荷载增加梯度为5 k 次，封项荷载为50 。每次加载后停留5 S。模型不失效即加载成功。模型不失效的标准：模型强度足够、不失去整体承载力：模型跨中挠度不超过l5 mm。小小桥模型须承受l5～50 kg的重量，由此带来的跨中弯矩较大，承载亦不易。但更难控制的还是弯曲变形，挠度不超出15 mln即要求模型具有足够的抗弯刚度。 1．2材料分析 参赛的结构模型要求采用组委会统一提供的绘图纸、棉线和乳胶。主体材料为绘图纸．辅助材料为棉线和乳胶。单张的绘图纸只能承受少量拉力，不能作为受弯、受压构件，即使多张绘图纸叠放具有抗弯强度．也不能提供足够的抗弯刚度。要使纸构件提供足够的强度和刚度．一种方法将纸卷成圆柱形．作成圆形梁和圆形柱：另一种方法将纸张切片叠成一定厚度并粘在一起．作成一定高度的薄梁．可以用作桥面的抗弯构件。但从整体结构上必须布置成纵、横梁网格系。棉线抗拉能力强，不能受压．只能用来做受拉构件，吊(拉)桥面或捆绑节点，增强节点强度。白乳胶主要起粘结作用。 1．3结构选型与方案构思 鉴于比赛的加载重量大。且挠度变形量控制严格，桥型结构不能采用单一的梁桥、拱桥、悬索桥，而必须采用组合体系桥梁。为使桥面平整，便于行车，主体结构采用梁式桥型。为了增强模型的整体抗弯强度和抗弯刚度．布置斜拉杆(索)或垂直吊杆(索)。用卷成圆柱形的纸杆作为刚性斜拉杆或吊杆．节点用棉线捆绑牢固，做成类似斜拉桥的板拉桥刚性拉杆。桥面下可用拱形结构支撑桥面．也可以采用桥墩加斜撑辅助支撑桥面。拱形结构受力合理．但制作困难。下部结构主要采用实心的圆柱形纸杆作桥墩．由于直径有限(直径大时耗材多)，难以保证桥墩的稳定性，而空心纸卷制作起来有困难．也不能提供足够的抗压强度，所以桥墩结构上必须加强各杆件的横向联系．以增强桥梁的整体稳定性。主孔纵向设计为梁式桥结合“A” 型塔斜拉桥。主梁5片，横梁10根，等间距地布置主梁、横梁，形成网格式梁式结构。“A” 型塔斜拉结构设计为双塔，两侧各一个．中间设一撑杆加强两边“A”型塔的横
第一套习题 一、选择题 1. 高碳钢筋采用条件屈服强度,以σ0.2表示,即 (A)取极限强度的２０％ (B)取应变为０.００２时的应力 (C)取应变为０.２时得应力 (D)取残余应变为０.００２时的应力 2. 砼在双向应力下 (A)双向受压的强度基本等于单向受压 (B)双向受拉下,一向的抗拉强度随另一向拉应力的增加而提高 (C)双向受压下,一向的抗压强度随另一向压应力的增加而提高 (D)双向受拉下,一向的抗拉强度随另一向拉应力的增加而下降 3. 用螺旋筋约束砼,使 (A)砼的强度和延性均提高 (B)强度能提高,延性并不能提高 (C)延性可以提高,强度不能提高 (D)强度和延性均不能提高,计算中也不考虑 4. 我国砼规范以何种概率法为基础? (A)半概率 (B)近似概率 (C)全概率 (D)伪概率 5. 结构的功能包括 (A)强度, 变形, 稳定 (B)实用, 经济, 美观 (C)安全性, 适用性和耐久性 (D)承载能力,正常使用 6．金属锰可提高钢材的强度，对钢材的塑性 (A)提高成分 (B)提高较多 (C)降低不多 (D)降低很多 7．建筑钢材单向受拉时屈服点f y与单向受压的屈服点f yˊ之间满足 (A)f y> f yˊ (B) f y< f yˊ (C) f y= f yˊ (D) f y= 0.58f yˊ 8. 实腹式压弯构件在弯矩作用平面外的失稳是 (A)弯扭屈曲 (B)弯曲屈曲 (C)扭转屈曲 (D)局部屈曲 9. 钢结构有哪三种常用的连接方法 (A)搭接、对接和T型 (B)焊接、铆接及螺栓 (C)焊接、对接及螺栓 10. 梁刚度不足的后果为 (A)不满足承载力要求 (B)不满足使用要求 (C)耐久性较差 (D)易脆性破坏 11、轴心受压ＲＣ柱在长期荷载下发生徐变, 使: (A)混凝土压应力减小, 钢筋压应力增大 (B)混凝土压应力增大, 钢筋压应力增大 (C)混凝土压应力减小, 钢筋压应力减小 (D)混凝土压应力增大, 钢筋压应力减小 12、适量间接配筋柱进入极限状态的标志是 (A)混凝土压碎, (B)外层混凝土剥落 (C)间接钢筋屈服 (D)纵筋屈服 13.受弯构件的变形和裂宽计算是以哪个阶段作为计算依据的 (A)Ⅰa (B)Ⅱ (C)Ⅱa (D)Ⅲa 14、超筋梁破坏时,受拉钢筋应变εs和压区边缘混凝土应变ε c (A)εs＞εy, εc＝εcu (B)εs＜εy, εc＝εcu (C)εs＜εy, εc＞εcu (D)εs＞εy, εc＜εcu 15、条件相同的无腹筋梁, 由于剪跨不同发生剪压、斜压和斜拉破坏, 其承载力 (A)剪压＞斜压＞斜拉 (B)斜压＞剪压＞斜拉
结构设计大赛之桥梁模型设计戴洁 (广东交通职业技术学院，广东广州510650) 摘要：文中从结构设计大赛的模型要求及比赛加载方式分析入手，提出桥梁模型的设计方案构思，选择结 构方案．并进一步对模型进行了强度、刚度和稳定性受力分析。试验证明本次设计制作的桥梁模型非常坚固， 承受极限荷载接近于封顶值50 kg。 1桥梁模型设计 1．1模型要求及加载方式分析 结构设计大赛拟设计桥梁结构模型。桥梁结构模型设计尺寸要求为：桥面总长l 000 mln；桥面高不低于120 toni：桥面总宽160～180rnITl；桥面净空高度不小于200 toni：最大跨径不小于400 mm。尺寸要求体现了桥梁设计的桥下净空和桥面净空等功能要求。比赛加载方式为动静载结合方式，初赛要求徒手将一辆l5 kg的小车从桥头拉至最大跨的跨中位置．并在该位置停留不少于5 S 然后拉到桥部。模型不至于失效方可进入决赛。决赛采用跨中集中力加载方式，初始荷载为20 ，荷载增加梯度为5 k 次，封项荷载为50 。每次加载后停留5 S。模型不失效即加载成功。模型不失效的标准：模型强度足够、不失去整体承载力：模型跨中挠度不超过l5 mm。小小桥模型须承受l5～50 kg的重量，由此带来的跨中弯矩较大，承载亦不易。但更
难控制的还是弯曲变形，挠度不超出15 mln即要求模型具有足够的抗弯刚度。 1．2材料分析 参赛的结构模型要求采用组委会统一提供的绘图纸、棉线和乳胶。主体材料为绘图纸．辅助材料为棉线和乳胶。单张的绘图纸只能承受少量拉力，不能作为受弯、受压构件，即使多张绘图纸叠放具有抗弯强度．也不能提供足够的抗弯刚度。要使纸构件提供足够的强度和刚度．一种方法将纸卷成圆柱形．作成圆形梁和圆形柱：另一种方法将纸张切片叠成一定厚度并粘在一起．作成一定高度的薄梁．可以用作桥面的抗弯构件。但从整体结构上必须布置成纵、横梁网格系。棉线抗拉能力强，不能受压．只能用来做受拉构件，吊(拉)桥面或捆绑节点，增强节点强度。白乳胶主要起粘结作用。 1．3结构选型与方案构思 鉴于比赛的加载重量大。且挠度变形量控制严格，桥型结构不能采用单一的梁桥、拱桥、悬索桥，而必须采用组合体系桥梁。为使桥面平整，便于行车，主体结构采用梁式桥型。为了增强模型的整体抗弯强度和抗弯刚度．布置斜拉杆(索)或垂直吊杆(索)。用卷成圆柱形的纸杆作为刚性斜拉杆或吊杆．节点用棉线捆绑牢固，做成类似斜拉桥的板拉桥刚性拉杆。桥面下可用拱形结构支撑桥面．也可以采用桥墩加斜撑辅助支撑桥面。拱形结构受力合理．但制作困难。下部结构主要采用实心的圆柱形纸杆作桥墩．由于直径有限(直径大时耗材多)，难以保证桥墩的稳定性，而空心纸卷制作起来有困难．也不能提供足够的抗压强度，所以桥墩结构上必须加强各杆件的横向联系．以增强桥梁的整体稳定性。主孔纵向设计为梁式桥结合“A” 型塔斜拉桥。主
桥梁结构设计理论方案 作品名称途锐 参赛学校大连交通大学 参赛队员周权峰袁彬、魏剑锋 赵桐玉、杨馨胜专业名称土木工程 指导教师张涛 大连交通大学结构设计竞赛组委会 二○一一年
作品简介 考虑到本次竞赛题目要求为两跨双车道桥梁，在移动荷载以及均布静荷载作用下的加载，根据所学专业理论知识，认识到主要应该解决的是桥梁跨中的抗弯问题以及细节的抗扭问题、主梁的局部稳定性和支座处的抗剪能力。 从全国各高校的比赛情况来看，大多数模型均采用空腹式梁—桁架组合结构。这种桥型不仅制作简单、计算方便、理论与实际吻合情况较好，而且可以通过变桁高来实现竖向抗弯刚度沿桥长方向的变化，从而最大程度减轻结构自重。 在主梁类型的选择上我们曾考虑两种截面形式——工字形截面和空心圆形截面。在截面面积及杆件厚度相等的情况下（即控制“自重影响”这一变量），容易验证工字形截面比空心圆截面惯性矩大40%以上。此外，前者节点处理较圆形截面简单，故最终可选用工字形截面。 注：作品简介应包括对方案的构思、造型和结构体系及其他有特色方面的说明（可加页）。
结构承重验算1.材料的强度特性 我们查阅了浙江大学土木系对结构设计大赛材料的性能试验数据，如下：
1 5 2 ( 1 )( 2 )0.00 3.12 0.003.12 2.结构整体受力分析 我们对支座实际的约束情况加以分析，得到进行结构力学理论计算的杆件约束体系如下： 考虑到此次大赛规则有变，加载了均布的静荷载。联系所学桥梁知识对主梁的连续及非连续不同情况做了对比，（单位均布力） a. 中间为简支非连续梁在均布荷载下的弯矩图： 1.00 1.001 5 2 ( 1 ) ( 2 )5.00 5.00 M 图
结构设计大赛策划书2016