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青少年科技创新教育培训讲义2

发布时间:2015-01-04 | 作者:长郡中学 彭曼君 | 来源: 本站原创 | 浏览次数: 

 纸质桥梁模型结构设计与制作

 

 

纸质桥梁承重比赛

一、参赛对象

本次比赛面向长沙市区、县、市直中、小学校的全体学生,每个参赛学校选取三名同学组成参赛队伍进行比赛。

二、材料(组委会提供)

A0(1189×841mm),230g白卡纸若干张,8mm宽的双面胶一卷,固易速干白乳胶40ml一瓶,细棉绳5

三、模型制作工具(自备)

剪刀、裁纸刀、直尺、笔、桌面垫板、电吹风及其他制作工具。

四、测试工具(组委会提供)

       电子秤若干台(精度为1g, 承重砝码若干套(每套总质量为5Kg),测试小车若干辆(宽度为8cm),

五、纸质桥梁模型设计要求

   1、桥梁结构类型不限

2、尺寸要求:1)桥墩之间的跨度至少达到60.

             2)桥孔的高度至少达到15

             3)桥面的宽度至少达到8

3、质量要求:桥自身重量小于等于120g

4、功能要求:

1)让承载重物的小车能顺利的通过,承载重物的质量不少于500g的。(小车的宽度为8cm,自重为80g。)

2)在小车通过时,纸质桥梁的桥面下沉距离不能超过3cm

5. 时间要求: 制作时间为2.5个小时。

六、测试方法及注意事项

1. 基本功能测试:

1)纸质桥梁模型重量称重,所有参赛模型自重不能超过120g。自重超过120g的桥梁模型不能参加任何测试。

2)测试时选手将模型放置在水平桌面上,水平拉动载重为500g的小车从模型的一端走到另一端,纸质桥梁模型不垮塌、不发生不符合功能要求的形变,则视为测试通过。

2. 极限承重测试:

1)只有通过基本测试的桥梁模型才能进行极限承重测试。

2)每个参赛队伍只有三次机会进行极限承重测试,极限承重测试时间为5分钟。

极限承重最终成绩取三次中最好的成绩计入总分。

注意:选手在测试过程中,全程应水平拉动小车,选手不能用手接触桥梁模型。

七、比赛成绩记分标准

1、基本分为100分。

2、最终比赛成绩计算方法:

比赛成绩= (桥梁承载最重质量)÷ (桥梁模型自重)× (基本分)

  比赛成绩数值越大,名次越靠前。

3、最终比赛成绩若有相同,则桥梁模型结构自重越轻,最终比赛名次越靠前。

4、测试顺序通过分组、抽签决定。

桥梁模型设计与制作实质上就是结构的设计与制作,因此,在设计时,应重点考虑增强结构稳定性和强度的方法。影响结构稳定性和强度的因素大致有以下一些方面:结构的几何形态、结构的支撑面积、重心的位置、结构构件间的连接处的牢固程度、受力方向上构件的横截面积等。

构件结构制作用纸做桥梁的各个构件,大致可以用以下一些结构类型:

 

在进行构件制作时,应注意尺寸的把握,结构类型相同,尺寸不同,在进行承压时效果也不同。各个比赛队伍应根据自己的桥梁结构设计,仔细分析,充分实验,确定自己的构件类型及尺寸。

八、各个桥梁模型受力分析及制作注意事项

1、桥面在承受荷载时的受力情况

 

2、解决的方案:

 

1)梁架桥

      

梁架桥的受力特点及制作注意事项:

梁架桥承受荷载时的受力特点:梁架桥在承受荷载时,桥面会向下发生弯曲形变,桥墩会受到斜向下的拉力。

梁架桥制作的注意事项:1)、桥面的制作应增强桥面的抗弯曲强度,使它不易发生形变。可采用各种形状的构件相结合的方法来实现。(2)、桥墩的制作应增强抗压强度。(3)、桥面与桥墩应连接紧密,使它们融为一体。

2)斜拉索桥

斜拉索受力特征:

斜拉索桥梁在安装完成后,斜拉索必须是被拉紧的状态,否则达不到设计的要求。斜拉索的张力对斜拉桥结构受力状态起关键作用。斜拉索在安装或调索时要进行张拉,这部分张拉力占斜拉索最终索力的大部分。而这种张拉力是以外荷载的形式作用在主梁和桥塔上的,是一种 “主动受力” ,即它不是因主梁变形而引起的拉力,而是其拉力引起 了主粱的变形。正是由于斜拉索的这种主动受力的特征,才使得人们可以通过调索来达到调整结构内力和变形的目的。

制作时的注意事项:

在进行纸质斜拉桥模型制作时,应充分考虑如下问题:1、主梁设计时应提前预留斜拉绳的固定点;2、斜拉绳的根数;3、斜拉绳在被拉紧时,桥梁的主体构件不被拉绳所破坏?

3)拱桥

 

拱架桥

弓形拱桥

拱架桥的受力特征:

其主要承重结构是拱圈和拱肋。拱桥中的力学原理, 就是通过一个水平推力把原本由荷载产生的弯矩应力变成压应力或者大部分转化为压应力.拱区别于梁的最大之处就是存在水平推力,如果这个水平推力和支座反力以及作用于其上的的合力的作用点和方向刚好通过拱的轴线,这样的拱就是合理拱,而这样的拱是只受压应力的.

制作时的注意事项:在进行安装拱构件时,应以主梁的中轴线为基准,中轴线两侧的拱构件的弯曲弧度尽量保持一致。

4)桁架桥

=

桁架桥的受力特征:

桁架桥是通过各基本杆件的受拉或受压特性能力来承受外界的各种载荷的。桥梁的各个截面肯定是要承受弯曲作用的,而这些内力一般要由基本杆件来承担。桁架桥通过杆件的有效组合,杆件能够以拉、压的形式来承受弯矩,上弦杆和斜腹杆一般是受压力作用,而下弦杆和竖杆则受拉力作用。这样整个结构是以拉、压杆的形式组合在一起的,达到了比较理想的结构设计状态。

桁架桥制作时的注意事项:同类型的基本杆件的尺寸应尽量保持一致。各个杆件间的连接应紧密牢固。

5)悬索桥

悬索桥的受力特征:

悬索桥是以承受拉力的缆索或链索作为主要承重构件的桥梁,由悬索索塔、锚碇、吊杆、桥面系等部分组成。传力路径为:桥面重量、车辆荷载等竖向荷载通过吊杆传至主缆承受,主缆承受拉力,而主缆锚固在梁端,将水平力传递给主梁。

悬索桥制作时的注意事项:跟斜拉索桥大致相同。

上面所讲的桥梁模型类型只是基本桥梁结构,各个参赛学校在设计制作过程中,可根据本次比赛的要求、材料的特征等各方面因素,认真思考,大胆想象,充分实践,获得自己独特、高效的纸桥桥梁模型结构。

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