桥梁结构设计理论方案作品名称蔚然水岸
参赛学院建筑工程学院
参赛队员吕远、李丽平、李怡潇、赵培龙
专业名称土木工程
一、方案构思
1、设计思路
对于这次的设计，我们分别考虑了斜拉桥、拱桥、梁式桥与桁架桥的设计方案。斜拉桥可以瞧作就是小跨径的公路桥，且对刚度有较高的要求，所以斜拉桥对材料的要求比较高，对于用桐木强度比不上其她 样式的桥来得结实；拱桥最大主应力沿拱桥曲面而作用，而沿拱桥垂直方向最小主应力为零，可以很好的控制桥梁竖直方向的位移，但锁提供的支座条件较弱，且不提供水平力，显然也不就是一个好的选择；梁式桥有较好的承载弯矩的能力，也可以较好的控制使用中的变形，但桥梁的稳定性就是个很大的问题，控制不了桥梁的扭转变形，因此，我们也放弃了制作梁式桥的想法；而桁架桥具有比较好的刚度，腹杆即可承拉亦可承压，同时也可以较好的控制位移用料较省，所以，相比之下我们最后选择了桁架桥。
2、制作处理
(1)、截杆术中唤醒
裁杆就是模型制作的第一步。经过试验我们发现，截杆时应该根据不同的杆件，采用不同的截断方法。对于质地较硬的杆应该用工具刀不断切磋，如同锯开；而对于较软的杆应该直接用刀刃用力按下，不宜用刀口前后切磋，易造成截面破损。 (2)、端部加工
端部加工就是连接的就是关键所在。为了能很好地使杆件彼此连接，我们根据不同的连接形式，对连接处进行处理，例如，切出一个斜口，增大连接的接触面积；刻出一个小槽，类似榫卯连接等。
(3)拼接
拼接就是本模型制作的最大难点。由于就是杆件截面较小，接触面积不够，乳胶干燥较慢等原因，连接就是较为困难的。我们采取了很多措施加以控制，如用铁夹子对连接处加强压、用蜡线进行绑扎固定等。对于拱圈的制作，则预先将杆件置于水中浸泡并加上预应力使其不断弯曲，并按照先前划定的拱形不断调整，直至达到理想形状。
在拱脚处处理时，先粘结一个小的木块，让后用铁夹子施加很大的压力，保证连接能足够牢固。
乳胶粘接时要不断用电吹风间断性地吹风，使其尽快形成粘接力，达到强度的70%(基本固定)后即可让其自行风干。
(4)风干
模型制作完成后，再次用吹风机间断性地吹粘接处，基本稳定后，让其自然风干。
(5)修饰
在模型完成之后，为了增强其美观性，用砂纸小心翼翼的将杆件表明的毛刺打磨光滑，注意不要破坏结构，以免影响其稳定。
3、设计假定
(1)、材质连续，均匀;
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(2)、梁与索之间结点为铰结；梁与塔柱(撑杆)之间的连接为刚结；撑杆与下部拉条之间为铰结；桥梁支座为连续弹性支座;
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(3)、桥面与桥梁本身质量以均布荷载作用在整个梁上；加载时，车辆移动荷载以集中力的形式作用在指定的梁上。
根据以上假定，通过结构力学求解器建立计算模型，所得的内力与位移作为构件设计的依据。
二、材料的力学性能
1、桐木
根据试验分析数据，每次试验有三到四组试验数据，剔除无效的数据，采用有效数据的平均值，根据弹性理论计算桐木的弹性模量E。
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(1)2×2木杆：去除第三组偏差较大的数据
E1=F×L/(△L×A)=168、714×70/(2×2×2、5307)=1166、67MPa
E2=F×L/(△L×A)=178、0272×70/(2×2×2、2598)=1378、65MPa E=(E1+E2)/2=1272、66MPa
(2)2×5木杆:
E1=F×L/(△L×A)=471、1845×70/(2×5×3、8002)=867、93MPa
E2=F×L/(△L×A)=462、1775×70/(2×5×3、8319)=844、29MPa E=(E1+E2)/2=856、11MPa
(3)2×10木杆:
E1=F×L/(△L×A)=404、9354×110/(2×10×2、713)=820、83MPa E2=F×L/(△L×A)=694、5129×110/(2×10×2、985)=1279、33MPa E3=F×L/(△L×A)=203、97×110/(2、10×1、738)=645、47MPa
E=(E1+E2+E3)/3=915、21MPa
(4)3×3木杆:
E1=F×L/(△L×A)=281,436×70/(3、3,3、581)=611、27MPa
E2=F×L/(△L×A)=314、277×70/(3×3×6、4352)=379、84MPa
E3=F×L/(△L×A)=299、169×70/(3×3×7、2362)=321、56MPa
E=(E1+E2+E3)/3=437、56MPa
(5)3×5木杆：去除第三组偏差较大的数据
E1=F×L/(△L×A)=515、566×70/(3×5×3、6519)=658、83MPa
E2=F×L(△L×A)=1085、104×70/(3×5×7、4596)=676、11MPa
E=(E1+E2)/2=667、47MPa
(6)4×6木杆：去除第三组偏差较大的数据
E1=F×L/(△L×A)=976、335×70/(4×6×4、6522)=608、18MPa
E2=F×L/(△L×A)=798、416×70/(4×6×4、7955)=485、60MPa
吴阶平简介E=(E1+E2)/2=546、89MPa
由以上计算数据可以得出，截面越大，计算得到的弹性越小。这就是由于木材内部的缺陷导致的，桐木截面面积越大，截面越对称，所含的缺
陷对弹性模量E的影响越小。因此，我们取弹性模量E=60OMPa。
此外，根据木材的拉伸、压缩试验，压杆试验及弯曲试验的试验结果，我们还可以得出以下结论:
①桐木的顺纹抗压强度比抗拉强度低，因此用桐木做拉杆能够更好
的利用材料。
②4×6木杆的抗弯强度比抗压强度降低很多.要充分利用材料，使之
受拉较好.
③桐木强度指标的离散性大，变异性强。由一于内部结构不均匀份致
的应力集中所致。尤其就是抗拉强度，因此受拉杆件宜采用较大的安全系数。在计算桐木的弹性模量时，要充分考虑这个影响因素，选用有效的实验数据。
④木在受压时，在某个较小力值范围内会产生很大的变形；当变形到
达一定数值时，桐木所能承受的压力急剧增大，但此时变形却很小。
⑤桐木为各向异性材料，顺纹方向与横纹方向受力性能差异较大。制作中要避免横纹受力。
2、腊线
根据试验数据，由公式E=F×L/(△L×A)计算出腊线的弹性模量，在试验数据的取值方面，由于多股腊线由单股腊线人工搓捻而成，因此多股腊线的受拉承载力受人为因素的影响，故在数据的选取中我们取保守值。
计算单股腊线的弹性模量:
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