2014年全国大学生结构设计大赛-桁架桥
08桁架桥
阅读与思考
想一想
锯齿形状的桁架也可以在许多的结构中发现,包括桥梁和塔 中，那么有桁架结构的桥和一般的桥有什么不同呢？
设计与制作
设计桁架结构的桥
1 桥的结构要坚固、合理。 2 桁架桥能承受一定的重量。
设计与制作
★ 出示桁架桥的图片，让学生观察它的结构特征，以一种 典型的桁架桥为例，说出结构的特点。 以此桁架桥为模型搭建一个桁架桥。
桁架桥
博思明道机器人系列课件之一
阅读与思考
桁架是由直杆组成的一般具有三角形单元的平面或空间结构。在荷载作用 下，桁架杆件主要承受轴向拉力或压力，从而能充分利用材料的强度，在跨度 较大时可比实腹梁节省材料，减轻自重和增大刚度，故适用于较大跨度的承重 结构和高耸结构，如屋架、桥梁、输电线路塔、卫星发射塔、水工闸门、起重 机架等。
实验与讨论
画一画
如果你向下推第二根轴时，估计一下你认为 会发生什么?在图中描绘出你的估计。
总结与拓展
如何让桥能跨越更宽的河面？什么样的桥梁结构更适与讨论
试一试
1
向下轻轻地压在桥上面的黑色轴上,观察这桥是
如何反应的。你向下压哪根轴才可以使桥产生最大的
弯曲?
2 向下垂直地推,但是在桥梁的中间轴的地方要弯曲。 在右边的图中描绘出纸片的样式。用一根摇摆的线表 示弯曲的纸片,一根笔直的线表示笔直的纸片。 为什么一些纸片是笔直的，而有一些纸片是弯曲的?
桁架桥结构模型制造成果形式
桁架桥结构模型制造成果形式桁架桥结构模型制造成果形式，听起来是不是有点儿拗口？别急，咱们慢慢聊。
说白了，就是把一座桥的框架，或者说是骨架，用各种材料给做出来。
可能你会问，什么叫桁架桥结构？哎呀，简单来说，就是一种桥的结构，像是拼积木一样，把很多条直线按照一定的规律拼接成一个大框架，能承受住很大的重量。
看起来是不是就有点像那些大楼上的钢铁架子？没错，就是这种道理。
你想啊，这种桥不仅看起来坚固，还很有设计感。
现代的桁架桥结构可不只是几根钢管拼在一起，它背后可是有一整套科学的原理支撑的。
你别看这些桥好像没什么特别的，实则每一根钢筋，每一个连接点，都在告诉你，力学和美学，完全是可以兼得的。
像我们平时看到的那些大桥，不管是公路桥，还是铁路桥，很多都是桁架结构。
别小看它，这东西承受的压力可大得很，随便一辆大卡车或者火车，开过去，它都能稳稳地顶住。
再说说模型的制造，哎呦，光是这步骤就挺有意思的。
现在的桁架桥模型，很多都不是纯粹手工做的了，都会用一些现代化的设备，像3D打印机、激光切割机这些高科技玩意儿。
通过这些先进的工具，设计师能把桥的每一个小细节做得更精确，连那些看似不起眼的连接点，都能做到精准无误。
哦，对了，你有没有见过那种微型的桁架桥模型？它们看起来小巧可爱，但其实能完美展现出真正桥梁的承载力。
设计师们就是用这些小模型，来验证桥梁结构的强度和稳定性，甚至在上面做些“实验”，比如加上重物，看桥能撑得住不。
你想想，这么小小的模型居然能模拟出真实桥梁的表现，简直是神奇。
咱们再聊聊这些模型成果的实际用途吧。
桁架桥模型的制造成果不仅仅是用来展示的，它们在实际工程中的作用可大了。
比如在桥梁的设计过程中，模型能帮助设计师们提前发现一些问题。
要知道，桥梁可不是说建就能建的，背后可是有很多学问的。
设计师通过这些模型，能够模拟各种环境下桥梁的表现，像是强风、地震，甚至水流的冲击，都能提前测试。
这可比纸上谈兵强多了，不然真到了施工现场，出了问题可就晚了。
桁架桥计算
桁架桥计算
桁架桥是一种采用桁架结构的大型跨越性结构，常用于跨越河流、公路、铁路等场所。
在桁架桥的设计中，需要进行复杂的计算，以确保其结构的稳定性、安全性和承载能力。
桁架桥计算主要包括以下几个方面：
1. 桁架桥结构设计：根据桥梁跨度、荷载等因素，确定桁架桥
的结构类型、尺寸和形式，并进行初步的计算和分析。
2. 杆件受力分析：对桥梁的各个杆件进行受力分析，包括杆件
的拉力、压力和弯矩等，计算其受力状态和强度。
3. 节点受力分析：对桥梁的各个节点进行受力分析，计算节点
的受力状态和强度，以确保节点的稳定性和安全性。
4. 桁架桥的承载能力计算：根据桥梁的设计要求和荷载条件，
计算桁架桥的承载能力，以确保其能够承载所需的荷载。
5. 桁架桥的抗震设计：针对地震等自然灾害，进行桁架桥的抗
震设计，以确保其在地震等灾害发生时能够保持结构的完整性和稳定性。
总之，桁架桥计算是桁架桥设计中非常重要的一部分，需要进行科学、严密的计算和分析，以确保桥梁的结构稳定、安全和可靠。
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结构力学桁架桥设计
结构力学桁架桥设计桁架桥是一类结构力学桥梁，它的主体结构包括梁、柱和节点三部分，并采用钢材、混凝土等材料制造而成。
桁架桥的设计需要通过力学原理和结构分析方法来确认其结构合理性和承载能力，使得桥梁可以对交通工具和载荷承受力的要求进行有效的支撑和转移。
桁架桥的设计流程包括以下几个步骤：第一步：定义桥梁的使用条件在进行桥梁设计前，需要明确桥梁的使用条件。
这些条件包括预计的交通量、交通工具类型、桥梁跨度以及风、雪等环境因素等。
这些信息将用于确定桥梁的设计要求，并为后续设计工作提供指导。
第二步：确定桁架桥的基本结构桥梁的基本结构由相应的梁、柱和节点构成。
在确定桥梁基本结构之前，需要对桥梁的跨度、宽度和高度进行分析。
通常，桥梁的跨度、宽度和高度将影响基本结构的选择和优化设计。
在确认设计的基本结构之后，将根据其要求和使用条件进一步完善桥梁的结构。
第三步：进行结构分析和荷载计算桥梁设计中最重要的步骤是结构分析和荷载计算。
这些计算确定了桥梁主体结构的承载能力和安全性，以确保其可以稳定地承受交通工具和载荷。
荷载类型包括静态荷载、动态荷载、风荷载和地震荷载等。
为了识别并考虑各个因素的影响，设计工程师需要使用特定的分析技术和软件程序来模拟桥梁所承受的各种负载情况。
第四步：进行结构优化设计结构优化设计是桥梁设计中的另一个关键步骤。
一旦确定了桥梁的主要结构和荷载要求，将需要考虑最佳结构的设计选择。
设计工程师需要在保证桥梁稳定性和承载能力的前提下，优化传输及分配载荷和减小结构的重量。
对于桁架桥来说，采用千斤顶、内力矩和切割力等分析工具，以及计算机辅助设计软件可以帮助设计人员进行结构分析和优化设计。
第五步：设计桥梁的连接和细节设计连接和细节是桥梁设计的最后一个步骤。
在设计任务中，设计工程师将确保桥梁主体各部分之间的连接是具有必要的强度和刚度，以确保桥梁在整个使用过程中具有足够的承载能力和安全性。
此外，细节设计旨在确保桥梁在正常使用下具有良好的耐久性和抗腐蚀性。
《14框架式的桁架桥作业设计方案-2023-2024学年科学粤教版2001》
《14框架式的桁架桥》作业设计方案第一课时一、设计背景在建设现代社会的基础设施中，桥梁是重要的交通建筑之一，不仅可以连接两地，还可以促进经济的发展。
桥梁结构多样，其中桁架桥是一种较为常见的桥梁结构，其具有稳定性好、承载能力强、施工方便等特点。
本设计方案旨在通过学生的合作设计，了解桁架桥的结构和原理，培养学生的团队合作能力和工程设计能力。
二、设计目标1. 通过学生的合作设计，了解桁架桥的结构和原理；2. 增强学生的团队合作能力，培养学生的工程设计能力；3. 培养学生对桥梁结构的理解和分析能力。
三、设计内容1. 学生分组进行合作设计，每组设计一座14框架式的桁架桥；2. 设计过程包括确定桥梁跨度、荷载等参数，绘制桥梁结构图，计算桥梁的承载能力；3. 学生需要进行文献查阅，了解桁架桥的历史、结构、应用等相关知识；4. 每组学生进行汇报，展示他们的设计方案并解释设计思路。
四、设计步骤1. 组建学生小组，每组3-5人，确定组员分工；2. 确定桥梁跨度、荷载等参数，进行计算，绘制初步结构图；3. 根据计算结果，完善桥梁结构图，进行承载能力检验；4. 学生进行桥梁模型的制作，展示设计成果；5. 每组学生进行汇报，展示设计成果并接受其他组员的评价。
五、设计评价1. 完成桁架桥的设计方案，包括桥梁结构图、承载能力计算等内容；2. 学生之间相互评价，评选出最佳设计方案；3. 老师进行评价，对学生的设计方案进行综合评定。
六、设计效果通过本设计方案，学生将了解桁架桥的结构和原理，培养团队合作能力和工程设计能力。
同时，学生还将增强对桥梁结构的理解和分析能力，为今后的学习和工作奠定基础。
愿此次合作设计能够促进学生的全面发展，提高学生的工程设计水平。
第二课时一、设计要求1. 桁架桥全长100米，宽20米，承载能力为100吨。
2. 桥面高度要求：距离桥梁下部4米，距离桥梁上部6米。
3. 要求设计美观大方，符合现代桥梁建筑风格，具有一定的艺术性。
《14框架式的桁架桥导学案》
《14框架式的桁架桥》导学案
导学目标：
1. 了解桁架桥的定义和结构特点；
2. 了解14框架式的桁架桥的设计原理和优点；
3. 能够分析和比较不同类型的桁架桥。
导学内容：
一、桁架桥的定义和结构特点
桁架桥是一种由多个桁架构成的桥梁结构，桁架是由直线杆件和节点毗连而成的稳定结构。
桁架桥的结构特点包括：轻巧、刚性强、承载能力大、施工简便等。
二、14框架式的桁架桥的设计原理和优点
14框架式的桁架桥是一种采用14个桁架构成的桥梁结构，其设计原理是通过合理安置桁架，使得桥梁在承载荷载时能够保持平衡和稳定。
14框架式的桁架桥的优点包括：承载能力大、刚性强、耐久性高、抗震性好等。
三、不同类型的桁架桥的分析和比较
除了14框架式的桁架桥外，还有许多其他类型的桁架桥，如K桁架桥、V桁架桥、悬臂桁架桥等。
这些桁架桥在结构形式、承载能力、施工难度等方面存在差别，学生可以通过比较不同类型的桁架桥，深入了解桁架桥的设计原理和应用范围。
导学活动：
1. 观看相关视频或图片，了解桁架桥的结构特点和应用途景；
2. 分组讨论，探讨14框架式的桁架桥与其他类型桁架桥的异同点；
3. 设计一个简单的桁架结构模型，体验桁架桥的稳定性和承载能力；
4. 小组展示设计效果，分享对桁架桥的理解和认识。
导学评判：
1. 学生能够准确描述桁架桥的定义和结构特点；
2. 学生能够分析和比较不同类型的桁架桥，理解其设计原理和优缺点；
3. 学生能够通过设计简单的桁架结构模型，深入体验桁架桥的特点和应用价值。
桁架桥原理
桁架桥原理一、引言桁架桥是一种常见的桥梁结构，它由许多小型构件组成，这些构件互相连接形成一个稳定的三维结构。
桁架桥具有结构简单、重量轻、耐久性强等优点，因此被广泛应用于各种建筑和工程领域。
本文将详细介绍桁架桥的原理。
二、桁架结构1. 桁架的定义桁架是由若干个杆件和节点组成的三维空间刚性结构。
每个节点连接着多个杆件，在节点处形成了一个平面内的力学系统。
杆件与节点之间通过铰链连接，使得整个系统可以自由旋转。
2. 桁架的特点（1）轻质：由于使用了轻质材料（如钢管、铝合金等），因此整个结构非常轻便。
（2）高强度：虽然单独的杆件并不是非常坚固，但是通过合理地组合和连接可以形成一个非常强大的整体。
（3）易于制造和安装：由于每个部分都是相对独立的，因此制造和安装都比较容易实现。
3. 桁架的构成桁架由三个基本部分组成：杆件、节点和连接件。
（1）杆件：通常使用圆管或方管作为杆件，长度和直径可以根据需要进行调整。
（2）节点：节点是连接杆件的部分，通常使用钢板或铝合金制造，可以根据需要进行加工。
（3）连接件：连接件用于将节点和杆件连接在一起，通常使用螺栓、铆钉等固定方式。
三、桁架桥1. 桁架桥的定义桁架桥是一种采用桁架结构搭建而成的桥梁。
它由若干个相互平行的桁架组成，每个桁架由数条杆件和节点组成，相邻两个桁架之间通过跨梁连接。
整个结构形成了一个稳定的三维空间结构。
2. 桁架桥的特点（1）轻质：由于采用了轻质材料制造，因此整座桥梁非常轻便。
（2）高强度：通过合理地组合和连接可以形成一个非常强大的整体结构。
（3）耐久性强：由于采用了耐腐蚀、耐疲劳的材料，因此桥梁的寿命非常长。
（4）易于维护：由于结构简单，因此维护和保养也比较容易。
3. 桁架桥的构成桁架桥由三个基本部分组成：上部结构、下部结构和支座。
（1）上部结构：上部结构由若干个相互平行的桁架组成，每个桁架由数条杆件和节点组成。
相邻两个桁架之间通过跨梁连接。
（2）下部结构：下部结构包括桥墩、墩台、基础等。
《14框架式的桁架桥核心素养目标教学设计、教材分析与教学反思-2023-2024学年科学粤教版200
《14框架式的桁架桥》导学案
导学目标：
1. 了解14框架式的桁架桥的定义和结构特点；
2. 掌握14框架式的桁架桥的优点和应用领域；
3. 能够分析14框架式的桁架桥的设计原理和施工工艺；
4. 培养学生的综合分析和解决问题的能力。
导学内容：
1. 14框架式的桁架桥的定义和结构特点；
2. 14框架式的桁架桥的优点和应用领域；
3. 14框架式的桁架桥的设计原理和施工工艺。
导学步骤：
第一步：导入问题
请同砚们思考一下，什么是14框架式的桁架桥？它有哪些结构特点？
第二步：进修知识
1. 14框架式的桁架桥是一种由14个桁架组成的桥梁结构，每个桁架由多根杆件和节点毗连而成。
2. 14框架式的桁架桥通常具有较强的承载能力和稳定性，适用于跨度较大的桥梁建设。
3. 14框架式的桁架桥在铁路、公路等交通领域有着广泛的应用。
第三步：探究问题
为什么14框架式的桁架桥具有较强的承载能力和稳定性？它的设计原理是什么？
第四步：拓展应用
请同砚们结合实际案例，分析14框架式的桁架桥在工程建设中的应用和施工工艺。
第五步：总结归纳
通过进修，我们了解了14框架式的桁架桥的定义、结构特点、优点、应用领域、设计原理和施工工艺，培养了学生的综合分析和解决问题的能力。
导学案评判：
本导学案通过问题导入、知识进修、探究问题、拓展应用和总结归纳等环节，引导学生深入了解14框架式的桁架桥的相关知识，并培养了他们的综合分析和解决问题的能力。
希望同砚们能够在进修过程中积极思考，加深对14框架式的桁架桥的理解，为将来的工程建设做好准备。
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2014年第六届全国大学生结构设计大赛计 算 书二○一四年五月作品名称气 势 如 虹 参赛学校参赛队员指导教师目录第一章设计说明 (1)1 作品简介 (1)1.1 基本参数 (1)1.2 结构详图 (2)2 设计思路 (5)3 结构选型 (5)3.1 模型结构选择 (5)3.2 材料截面选择 (5)4 结点制作 (5)4.1 长杆件接长连接 (5)4.2 垂直结点连接 (6)4.3 受拉斜结点连接 (6)4.4 受压斜结点连接 (6)第二章设计计算 (7)1 基本假定 (7)2 白纸参数 (7)3 模型建立 (7)4 内力计算 (8)5 位移计算 (9)6 承载力计算 (9)7 局部受压验算 (10)第三章总结 (11)第一章设计说明1 作品简介1.1 基本参数作品图片➢结构形式：桁架➢模型高度：240㎜➢模型宽度：150㎜➢支点跨径：1200㎜➢总长：1340㎜1.2 结构详图结构尺寸图：主视图俯视图左视图主视图俯视图左视图2 设计思路根据竞赛规则要求，我们从模型制作的材料拉、抗压特性，质量要求和变形要求等方面出发，结合节省材料，经济美观，承载力强等特点，采用比赛提供的白纸，白乳胶，我们精心设计制作了该结构模型，空间桁架结构为该模型的一大亮点。
模型主要承受四块铁块（每块质量约为2.355kg）的竖直静荷载作用，命题组对模型质量和形变提出了较高要求，基于此，我们决定从控制模型质量和形变入手。
（1）本结构主要构思是想利用两榀桁架连接后形成的立方体结构来抵抗荷载的作用（2）通过适当让模型起拱减少位移。
3 结构选型3.1 模型结构选择桁架是平面结构中受力最合理的形式之一，桁架梁桥一般多见于高速公路与铁路，钢桁架桥因其良好的刚度和承载力很早便得到了运用。
我们选择的就是生活中常见的桁架桥。
3.2 材料截面选择考虑到模型的结点并非简化的铰接，上、下弦杆在实际加载中会承受一部分弯矩，结合结点粘接的难易程度，本模型拟采用抗弯刚度较大的箱型截面（正方形）。
不同部位的杆件截面厚度（卷纸层数）根据其受力性质和大小的不同而不同。
4 结点制作结点制作属于模型制作过程中的控制性工程，结点制作的好坏决定了模型的成败。
如果结点制作不好，在加载的过程中，会加大结构的位移，更有可能使结点脱落结构失效。
在杆件相互粘贴过程中，并我们在两者之间用小片的纸张辅以白乳胶粘接，避免直接穿插的榫接节点破坏材料的局部力学特性。
4.1 长杆件接长连接由于纸张长度小于模型设计长度，模型上、下弦杆的连接问题无法避免。
本设计中采用2根650mm的方杆对接，为了保证连接足够的牢固，我们在方管内塞进一根长为30mm，与方管内切的1.5层圆管，并在方管外层用纸带加强。
4.2 垂直结点连接将每个杆件两端各预留10mm，四边剪开向外弯折90°，再在弯折平面上贴上涂抹白乳胶的小纸片后与其他杆件垂直对接。
在实际操作中我们发现，四边剪开向外弯折的过程中，四条折痕往往不在同一平面上，这样势必会增大缝隙因而增大位移。
为此，我们在裁纸前将需要的折痕用无油墨的笔画出痕迹，这样在以后的弯折过程中，折痕会沿着之前画的痕迹对折，效果非常明显。
4.3 受拉斜结点连接与垂直结点连接相似，此时的制作方法也是将两头的四边剪开，不同之处在于，只有一相对的两边向外弯折，而且弯折角度和长度都不同，另一相对的两边不弯折。
为了增大粘接面积，同样要在弯折的那个平面内贴小纸片。
4.4 受压斜结点连接由于受点不用考虑结点脱落的问题，在满足局部承压的前提下，我们只需将裁好的杆件拼接即可，为了具有较大的接触面，我们仍然采用贴小纸片的方法。
第二章设计计算1 基本假定①节点粘结处按照铰接计算；②本模型为两榀桁架，计算时取其一榀；③荷载取为竖直集中静荷载，仅作用在节点处。
集中力取23.55KN；④不考虑加载和撤除临时支撑时的动荷载影响；⑤忽略桥本身自重；⑥材料材质均匀；⑦定义杆件单元和结点码，下文提到单元和结点码皆基于此定义；2 白纸参数白纸弹性模量种类层数厚度弹性模量备注白纸 1 0.3mm 1459N/mm2受压计算需考虑长细比对稳定的影响材料性能参数表材料重度（N/mm3）泊松比线膨胀系数（1/℃）密度（N·S2/m4) 白纸 6.0×10-60.3 1.17×10-56×10-93 模型建立由于一侧荷载与结构接触长度为50mm，相对于计算跨径1200mm很小，故可以将受力状态简化为集中力，又由于结构关于x轴及y轴对称，故我们只需取出两榀斜杆中的一榀进行受力分析，根据命题加载要求，四级加载共有2.355kg*10KN/kg*4=94.2KN,每一榀分得47.1KN，每个加载位置分得23.55KN。
结构计算简图如图所示。
结构计算简图4 内力计算结构计算简图，利用结构求解器，对我们设计的模型结构的几何组成进行了分析。
为了简化计算，我们将所有节点简化为铰接。
简化后的模型如图所示：结构模型图轴力图--------------------------------------------------------------------------------------------单元码轴力剪力弯矩轴力剪力弯矩--------------------------------------------------------------------------------------------1 32.3812500 0.00000000 0.00000000 32.3812500 0.00000000 0.000000002 -40.0393288 0.00000000 0.00000000 -40.0393288 0.00000000 0.000000003 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.000000004 32.3812500 0.00000000 0.00000000 32.3812500 0.00000000 0.000000005 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.000000006 -32.3812500 0.00000000 0.00000000 -32.3812500 0.00000000 0.000000007 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.000000008 32.3812500 0.00000000 0.00000000 32.3812500 0.00000000 0.000000009 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.0000000010 -32.3812500 0.00000000 0.00000000 -32.3812500 0.00000000 0.0000000011 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.00000000 0.0000000012 32.3812500 0.00000000 0.00000000 32.3812500 0.00000000 0.0000000013 -40.0393288 0.00000000 0.00000000 -40.0393288 0.00000000 0.000000005 位移计算跨中无支撑的时候，求跨中节点位移cv ∆实际状态各杆的轴力，F=23.55KN （N F 图）虚拟状态下各杆件的轴力，Pk=1（N F 图）图乘法求位移：[][][]mml EA F F cv N N cv 765.0162.0278.0325.023.110169.060038.321500121211)25.1(270)38.32(650122.1321)85.0(410)04.40(6501=++=⨯⨯⨯⨯+⨯⨯-⨯⨯-+⨯⨯-⨯⨯-=∆=∆∑6 承载力计算对节点3进行分析：由于杆件（2）（6）受压，（3）（5）为零杆，故应对杆件（2）（6）进行压杆稳定分析，又杆（2）较杆（6）更长，更容易发生侧向失稳，故只需对杆（2）进行压杆稳定分析。
222242.049.12365014.3mm N E r cr =⨯==λπσ10049.12332.341032.32.1325.1457A I 6505.14571217490124.1122.132A 4102432＞=============i l mm i mm N E mm bh I mm mml λ故该杆件属于长细杆，用欧拉公式计算临界应力： 4.104.4056.5556.552.13242.0===⨯=•=n NA p cr cr σ即此桁架承载为实际加载的1.4倍，两边各能承受6.6kg 重量，承载力满足要求。
7 局部受压验算我们对各个重要的结点如：支座处、竖直柱的短部等处都进行了填充实心小纸圈加固，因此节点和局部受压部位得到了充分加强，可以不验算。
第三章总结对于此次结构大赛设计，我们收获颇多。
将理论知识付诸实践的道路，远比我们想象的复杂和艰辛，但也让我们更加深刻的感受到知识的魅力。
同时，作为一个团队，小组成员间的分工协作显得尤为重要。
在赛事准备期间，我们遇到了很多问题，但是我们没有畏惧，而是和队友、老师一起将其各个击破。
当然，尽管对于个人来说此次模型制作有很大的成就感，但我们也深知自己与其他学校之间的差距，因此我们是抱着学习的态度参加此次大赛的。
最后，感谢队友们的团结协作，感谢老师们的辛勤指导，感谢组委会提供这样一个平台，让我们有一个学习的机会，不足之处，还望评委老师们指正。