第一届辽宁省普通高等学校大学生
结构设计竞赛
设计方案
作品名称 飞虹架索 学校名称 辽宁工程技术大学 学生姓名 李天庆 学号 0309160112 学生姓名 刘金辉 学号 0309020115 学生姓名 张祥雨 学号 0309120131 指导教师 巩玉发 联系电话 0418—3350654
二OO七 年 四 月二十日
目录
“飞虹架索”设计说明书 ............................................................................................... 1
一、设计概要 ................................................................................................... 3 二、方案构思 ................................................................................................... 3
1、材料力学性能估计 ......................................................................... 3 2、构件力学性能 ................................................................................. 3 3、桥梁骨架构思 ................................................................................. 4
三、整体布局 ................................................................................................... 4 三、功能 ........................................................................................................... 5 四、结构选择 ................................................................................................... 5
1、简支梁 ............................................................................................. 5 2、拱形结构 ......................................................................................... 5 3、桁架结构 ......................................................................................... 6 4、对桁加结构的三个方案进行进一步分析 ..................................... 6
五、制作工艺 ................................................................................................... 6 六、画龙点睛（特色说明） ........................................................................... 8
“飞虹架索”方案图 ....................................................................................................... 9
一、效果图 ....................................................................................................... 9 二、结构布置图 ............................................................................................. 10
“飞虹架索”结构计算书 ............................................................................................. 11
一、 计算设计模型 ....................................................................................... 11 二、荷载分析 ................................................................................................. 11 三、挠度分析 ................................................................................................. 11 四、 内力计算 ............................................................................................... 15 五、 承载能力估算 ..................................................................................... 16
“飞虹架索”设计说明书
一、设计概要
1.模型制作材料为白卡纸和乳白胶和蜡线。
2.模型跨度1075至1100mm，支座简支，间距1100mm，模型实际 长度为1094mm。桥面宽150mm（300mm的要求），桥最高点与最低点距 离380mm，桥的框架结构宽75mm（轴线距），结构高度不得高于或低于行车桥面300㎜。 3.对称结构能通过长200㎜，宽100㎜，高150㎜的小车。
二、方案构思 1、材料力学性能估计
（1）、白卡纸作为模型材料，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，但受长细比的限制，多为压杆失稳状态的受力破坏。可承受少许弯矩。
（2）、乳胶的粘接性能：纸带对接时强度约降低50％，低带侧接时，强度较高，认为与母材强度相同。
（3）、 蜡线承受的拉力较大，一根承受48N，两根承受110N。
2、构件力学性能
我们先对设计荷载200N所需的构件载面大小，受压时的长细比限制做了初步估计，做了如下实验：
（1）、用45mm宽纸条卷成内径5mm，外径10mm的圆筒，可承受远>300N的拉力，因此这种拉杆对设想中的几种方案均能满足受力需要。 （2）、将45mm宽纸条卷成内径10mm的圆筒，当长300mm时，可承受100N的压力。长度小于300mm进，受压能力>100N，例如100mm长的压杆，可承受150N以上的压力。
在此构件力学性能分析的基础上，我们认为：方案应选择多为拉杆，
压杆短而受力小，尽量不受弯矩者为宜。
3、桥梁骨架构思
根据以上材料力学性能和构件力学性能进行方案构思,起主要作用的是上平弦杆，在水平方向延伸。下弦杆受拉，中间的斜杆件受压，支杆受压。桁架中的桁杆互相平行而有规则，看上去更轻快。
飞虹架索桥桥骨架用料表（单位㎜）
总类 上弦杆 下弦杆 压杆 斜压杆 长 1094 1200 150 720 宽 200 200 100 150 外径 30 20 15 20 内径 10 10 5 5 桁杆既不能太细也不能太粗，表面应是封闭的，与弦杆连接采用小结点绑扎，等价于铰结点。
桁架桥上弦杆采用微曲杆，其整体性变的柔和美观，既显示了桥梁的预拱度，同时又很好的体现出将很大空间一跨而过的力动感。
三、整体布局
本桥下部采用桁架结构，上部采用斜拉桥形式，总体上属于组合体系桥梁。本桥采取的布局是对称形式。
1、桥下部由三个全等的三角形构成，左右两个三角形又由支杆分成两个全等三角形。三角形比圆形、长形更具活力，容易增加空间感。三角形其能保持稳定性，在结构设计中可简化构件种类、减轻构件重量。
2、直杆具有坚强刚直的特性和冷峻感。桥梁是一种水平方向延伸的线形结构，水平上弦杆功能得到发挥。
3、竖直杆体现力量的强度，表达了崇高向上、竖挺而严肃的情感。本桥的支杆和独柱式主塔都采用竖直杆，增加均衡稳定、比例和谐的美感。
4、斜杆更具有力感、动感与方向感，显得活泼与生动。本桥的桁架中的腹杆、斜拉的绳索采用斜杆和斜线，简洁明快。
三、功能
本桥梁的功能主要有如下三个：
第一、允许小车顺利通过。桥面宽150㎜，小车宽100㎜，两侧各余25㎜，单车道小车自由通行。
第二、允许行人通过。在行车道与外栏杆之间有人行道，人行道与行车道之间有内栏杆相隔。
第三、在桥梁的中间人行道处可以观看风景，作为观景台。
四、结构选择
确定设计荷载为200N。考虑到压杆长细比限制，拉杆的抗撕裂能力等因素，拉杆均选用内径10mm罂杆件，拉杆外径20mm，压杆选用内径10mm,外径15mm。 在此基础上，做了以下几个方案分析：
1、简支梁
简支梁受部分均布荷载（按加载要求）。由于构件受弯是非常不利的，因此如果选用简支梁的形式，梁堆截面应选用鱼腹梁的形式。但制作难度大。如果梁为几片相同形状的纸粘接加厚而成，则侧面易失稳。因此不便采用。
2、拱形结构
拱桥最适于承受均布荷载，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，在目前桥梁的最大承重200N的限制下，不便采用。
结构设计竞赛说明书
