紙橋模型設計方案

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指導教師摘要

本人在橋梁設計時考慮到用紙來製作拱形結構的困難，所以採用角形結構來代替拱形結構，三角形橋面布置，橋梁與橋墩之間採用三角形結構支撐，橋梁之間用三根橫柱支撐。這樣增大了構件區域性的抗彎矩，使荷載得到均勻有效傳遞。

在實際製作中，結點處採用蠟線穿過柱子內部並從外部纏繞，使其結實牢靠不易；由於角形結構在受到荷載時幾乎是全部桿件受壓，正好讓受壓效能充分發揮；同時讓橋梁向上有一定微小的弧度以抵制重物對橋梁向下的壓力。

橋墩的底部向內側有微小傾斜，同時利用蠟線將橋墩底部與橋梁最外側緊緊相連。使得當有重物擠壓橋梁時，橋墩受乙個斜向橋梁中且向下的力，這時橋墩會向內傾斜，但因為蠟線阻止橋墩傾斜的趨勢，同時會使橋梁有乙個向上的力頂住重物。從而達到分散重物對橋的壓力。

橋面梁採用三根紙管，兩橋面梁之間的間距16cm。利用蠟線將角形結構的架子固定在橋梁上，同時在角形架子的兩側的三角形中用豎紙管加以支撐。考慮到單股蠟紙的承抗拉能力太小而變形又太大，因此採用多股蠟線絞在一起以提高抗拉力和減小變形。

主檢視：

側檢視：

俯檢視：

一、使用材料及其力學效能設計

材料1：紙

作為模型的主要材料，其力學受拉效能良好，不易伸展變形、受壓效能由於受長細比的性質，故必須控制桿徑長度的關係，但紙的抗撕裂能力差，製成的構件抗彎效能非常小。紙帶套接時強度越降低50%。

材料2：蠟線

該材料只能受拉，不能承受壓力，單股線實驗時，由於伸長率較大不能滿足結構受力變形後饒度的要求，故必須搓成多股，又經測試，發現塗上白膠的多股蠟線其效能非常理想。

材料3、膠帶

能增強紙的粘接強度。

二、構件力學效能

整座紙橋長41cm、寬16cm、高度12cm、跨度30cm。製作橋梁和角形架子的紙管內徑5mm 、外徑1.6mm ，可承重150n，其抗拉效能完全能夠承受。

由於紙張的限制，其餘紙管均為內徑3mm、外徑8mm，抗壓性能有所減弱。

三、承載能力估算

橋面構件採用角形架子構成，經測試其兩支座間距為15cm時能承受43斤的重物。

橋面的腹杆由於都受軸向拉伸或壓縮的，只需測試軸向力，經測試，直徑16mm ,1層紙，長50mm，軸向壓縮能承受69n壓力，紙杆抗拉效能較抗壓性能強，故不需驗拉力；而直徑8mm、1層的紙，長90mm，軸向壓縮能承受53n的壓力。

在模型中，拱需要水平方向推斥力，故在拱下用蠟線做成抗拉構件。