纸桥模型设计方案

纸桥模型设计方案

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摘要

本人在桥梁设计时考虑到用纸来制作拱形结构的困难，所以采用角形结构来代替拱形结构，三角形桥面布置，桥梁与桥墩之间采用三角形结构支撑，桥梁之间用三根横柱支撑。这样增大了构件局部的抗弯矩，使荷载得到均匀有效传递。

在实际制作中，结点处采用蜡线穿过柱子内部并从外部缠绕，使其结实牢靠不易；由于角形结构在受到荷载时几乎是全部杆件受压，正好让受压性能充分发挥；同时让桥梁向上有一定微小的弧度以抵制重物对桥梁向下的压力。

桥墩的底部向内侧有微小倾斜，同时利用蜡线将桥墩底部与桥梁最外侧紧紧相连。使得当有重物挤压桥梁时，桥墩受一个斜向桥梁中且向下的力，这时桥墩会向内倾斜，但因为蜡线阻止桥墩倾斜的趋势，同时会使桥梁有一个向上的力顶住重物。从而达到分散重物对桥的压力。

桥面梁采用三根纸管，两桥面梁之间的间距16cm。利用蜡线将角形结构的架子固定在桥梁上，同时在角形架子的两侧的三角形中用竖纸管加以支撑。考虑到单股蜡纸的承抗拉能力太小而变形又太大，因此采用多股蜡线绞在一起以提高抗拉力和减小变形。

主视图：

侧视图：俯视图：

一、使用材料及其力学性能设计

材料1：纸

作为模型的主要材料，其力学受拉性能良好，不易伸展变形、受压性能由于受长细比的性质，故必须控制杆径长度的关系，但纸的抗撕裂能力差，制成的构件抗弯性能非常小。纸带套接时强度越降低50%。

材料2：蜡线

该材料只能受拉，不能承受压力，单股线实验时，由于伸长率较大不能满足结构受力变形后饶度的要求，故必须搓成多股，又经测试，发现涂上白胶的多股蜡线其性能非常理想。材料3、胶带

能增强纸的粘接强度。

二、构件力学性能

整座纸桥长41cm、宽16cm、高度12cm、跨度30cm。制作桥梁和角形架子的纸管内径5mm 、外径1.6mm ，可承重150N，其抗拉性能完全能够承受。由于纸张的限制，其余纸管均为内径3mm、外径8mm，抗压性能有所减弱。

三、承载能力估算

桥面构件采用角形架子构成，经测试其两支座间距为15cm时能承受43斤的重物。

桥面的腹杆由于都受轴向拉伸或压缩的，只需测试轴向力，经测试，直径16mm ,1层纸，长50mm，轴向压缩能承受69N压力，纸杆抗拉性能较抗压性能强，故不需验拉力；而直径8mm、1层的纸，长90mm，轴向压缩能承受53N的压力。

在模型中，拱需要水平方向推斥力，故在拱下用蜡线做成抗拉构件。